Brevet FR2789469A1 — publié le 20000811

GARNITURE D'ETANCHEITE POUR ETANCHER PLUSIEURS ELEMENTS DANS UN PUITS DE FORAGE La présente invention concerne un dispositif destiné à étancher plusieurs éléments dans un puits de forage, par exemple, un tuyau de forage avec lignes ombilicales et/ou de contrôle. De façon plus spécifique, l'invention concerne une garniture d'étanchéité d'éléments multiples configurée pour envelopper des éléments à l'intérieur d'un puits de forage en cas d'application d'une pression radiale. Il n'existe actuellement aucun moyen efficace pour effectuer une jonction étanche sur des lignes multiples dans le puits de forage en utilisant un obturateur ("BOP"), un dérouteur ou un dispositif similaire d'entretien de champ pétrolifère. Actuellement, dans des situations de puits de forage dans lesquelles une étanchéification sur des lignes multiples est requise, le BOP annulaire est fermé autour de ces éléments et une fuite se produit à l'interface entre eux. La fuite est produite par la différence de pression selon laquelle la pression supérieure du puits de forage suinte à travers des espaces situés entre les éléments, atteignant la pression inférieure à l'extérieur du puits de forage. L'importance de la fuite varie avec la pression du puits de forage et le nombre, la taille et la géométrie des éléments dans le puits de forage. La fuite décrite ci-dessus est indésirable, car elle crée un danger à la fois pour les travailleurs et pour l'environnement. S'il existe de grands espaces entre les éléments dans le puits de forage, la fuite peut être substantielle et, en cas de haute pression, du fluide peut "gicler" depuis le BOP et créer un danger sur le plancher de forage. De plus, la perte de fluide de forage rend difficile un contrôle efficace de la pression du puits de forage. L'absence d'un contrôle complet de la pression du puits de forage peut produire des effets secondaires dangereux. Par exemple, des puits sont typiquement "fermés" pour éviter une éruption après détection d'une "surpression" de gaz à l'intérieur du puits de forage. L'éruption est contrôlée en obturant l'espace annulaire du puits de forage et en "faisant circuler" le gaz dans un processus contrôlé. Si des espaces existent entre des éléments multiples dans le puits de forage, l'intégrité de pression du puits fermé peut être perdue ou réduite. Dans ce cas, l'aménagement de contrôle du puits est moins efficace et du fluide s'échappant du puits de forage sous pression peut produire un danger pour les travailleurs. La fuite de fluide du puits de forage entre les éléments multiples peut également conduire à une contamination de l'environnement. Les sociétés d'entretien et d'exploration de champs pétrolifères prennent des précautions pour éviter au fluide ou aux "boues" de forage de s'échapper du système de circulation de fluide sur le site de forage. La fuite de boues de forage peut contaminer le sol autour de la pile de BOP et, comme mentionné précédemment, peut contaminer le plancher de forage. Ceci est un problème particulier lorsque des boues de pétrole ou potentiellement corrosives sont utilisées dans le processus de forage. Les opérations sous-marines présentent une autre difficulté. Les règlements environnementaux interdisent la libération incontrôlée de fluide de forage dans l'environnement sous-marin immédiat. Les amendes en cas de violation de ces mesures sont importantes et des nettoyages coûteux peuvent s'ensuivre. Des manchons en élastomère ont été utilisés autour des éléments dans le puits de forage, tels que des lignes ombilicales ou de contrôle, pour tenter de résoudre le problème ci-dessus. Ces manchons étaient fixés aux seules lignes auxiliaires. Un problème d'utilisation de ce procédé est que la localisation du manchon dans le BOP, dérouteur ou dispositif d'entretien de champ pétrolifère similaire est difficile. La nature du fonctionnement du BOP nécessite typiquement une action immédiate. En conséquence, les manchons doivent être alignés avec le BOP à tout moment, de façon à ce qu'ils soient en place pour l'activation du BOP. La présente invention fournit des moyens pour étancher plusieurs éléments dans le puits de forage, par exemple, un tuyau de forage avec des lignes ombilicales et de contrôle. L'invention présente également une caractéristique de localisation positive. En général, une garniture d'étanchéité d'éléments multiples destinée à être utilisée avec des dispositifs d'entretien de champ pétrolifère dans un puits de forage comporte un premier élément comprenant un matériau composite comportant un élastomère et un matériau de support structurel et un deuxième élément comprenant un matériau composite comportant un élastomère et un matériau de support structurel. Le premier élément et le deuxième élément sont configurés de manière à envelopper des éléments dans le puits de forage avec l'élastomère lors de l'application d'une pression radiale. Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, les deux éléments peuvent être configurés de manière à remplir une zone comprise entre les éléments dans le puits de forage lors de l'application d'une pression radiale. Le matériau de support structurel peut être un métal ou un thermoplastique. La garniture d'étanchéité peut être, soit une entité séparée, soit faire partie intégrante d'un dispositif de prévention d'éruption, un dérouteur ou une structure similaire. La figure 1 montre une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de la présente invention disposé à l'intérieur d'un dérouteur; la figure 2A montre une vue de dessus de la garniture d'étanchéité selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2B montre une vue en coupe transversale le long de la ligne de section A-A de la garniture d'étanchéité selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 3A montre une vue de dessus de la garniture d'étanchéité selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 3B montre une vue en coupe transversale le long de la ligne de section B-B de la garniture d'étanchéité selon un mode de réalisation de la présente invention. En se référant aux dessins dans lesquels des caractères de référence identiques sont utilisés pour des parties identiques dans l'ensemble des diverses vues, la figure 1 montre une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation de la présente invention disposé à l'intérieur d'un dérouteur 13. Dans un mode de réalisation, l'invention comporte deux éléments comprenant une plaque supérieure fixée à un matériau composite constitué d'un élastomère avec un matériau de support structurel. Le matériau de support structurel peut être, par exemple, un matériau métallique ou thermoplastique. Ces deux éléments sont configurés de manière à envelopper les éléments dans le puits de forage avec un élastomère et remplir complètement les espaces entre les éléments. Les deux éléments peuvent être fixés l'un à l'autre (non représentés sur les figures) par des moyens quelconques connus dans l'art, par exemple, boulonnés ensemble. Les hommes de l'art comprendront également que trois éléments ou davantage peuvent également être utilisés selon des modes de réalisation de la présente invention. Le dérouteur 13 est bien connu par les hommes de l'art et ne sera ainsi pas présenté ici en détail. Comme dans un dérouteur standard, le dérouteur 13 comporte un couvercle de carter 18, un piston 20 et un manchon 22. La garniture d'étanchéité 11 comprend une plaque supérieure 50 fixée à un corps en élastomère 52. La garniture d'étanchéité 11 peut être fixée au dérouteur 13 (non représenté sur les figures), par exemple, la plaque supérieure 50 peut être boulonnée sur le couvercle de carter 18. On peut voir que la garniture d'étanchéité 11 est située positivement à l'intérieur du dérouteur 13. La localisation positive et due au fait que la plaque supérieure 50 s'étend diamétralement au-delà de l'intérieur du couvercle de carter 18. D'autres moyens connus dans l'art peuvent être utilisés pour localiser positivement la garniture d'étanchéité à l'intérieur du dérouteur. Une unité d'étanchéité 24 est disposée à l'intérieur du dérouteur 13 et lorsqu'elle est activée radialement, comprime le corps en élastomère 52 de la garniture d'étanchéité 11 autour des éléments multiples situés à l'intérieur du puits de forage. Par exemple, l'activation du dispositif représenté sur la figure 1 compresse radialement le corps en élastomère 52 autour de et entre le tuyau de forage 14 et la ligne ombilicale 16. Sur la figure 1, un corps en élastomère 52 est représenté comme étant séparé du couvercle de carter 18 par une zone 7. Sur la figure 1, la zone 7 comprend un espace d'air. Ceci sera compris par les hommes de l'art comme étant une question de choix de conception. Dans d'autres modes de réalisation, le corps en élastomère 52 peut remplir complètement ou partiellement la zone 7 et peut venir en contact avec le couvercle de carter 18. De plus, la zone 7 peut être remplie ou partiellement remplie d'un autre corps. La figure 2A montre une vue de dessus de la garniture d'étanchéité. Comme on peut le voir, la garniture d'étanchéité 11 est séparée en deux éléments et 12. Des composants ou éléments similaires 10 et 12 seront décrits avec des numéros de référence similaires. Sur chaque élément 10 et 12, six plaques de fixation 54 s'étendent depuis la plaque supérieure 50 dans le corps en élastomère 52. Les plaques de fixation 54 sont représentées également espacées autour de l'axe radial 13 de la garniture d'étanchéité 11, mais un homme de l'art comprendra que celles-ci peuvent être configurées différemment. Les quatre plaques de fixation intérieures sont reliées chacune à un élément de renfort en élastomère 56. Ces éléments de renfort en élastomère 56 sont reliés ensemble par une pièce de renfort 58 et seront décrits davantage en référence aux figures 3A et 3B ci-dessous. La figure 2B représente une vue en coupe transversale d'une garniture d'étanchéité 11 le long de la ligne de section A-A. La relation de position du tuyau de forage 14 et de la ligne ombilicale 16 à l'intérieur du corps en élastomère 52 est évidente. La figure 3A est une vue de dessus de la garniture d'étanchéité 11, similaire à la figure 2A. La figure 3B est une vue en coupe transversale le long de la ligne de section B-B représentée sur la figure 3A. En se référant à la figure 3B, des éléments de renfort en élastomère 56 sont enveloppés par le corps en élastomère 52. Des plaques de fixation 54 fournissent une assise pour les éléments de renforts en élastomère 56. Comme on peut le voir, les plaques de fixation 54 sont des extensions inclinées à partir du dessus 50. Toutefois, un homme de l'art comprendra que les plaques de fixation peuvent être réalisées séparément de la plaque supérieure, puis fixées à celle-ci. Les éléments de renfort en élastomère 56 sont fixés aux plaques de fixation 54 selon une configuration permettant à la portion s'étendant longitudinalement de l'élément d'être entièrement enveloppée par le corps en élastomère 52. Les éléments de renfort en élastomère 56 peuvent être, par exemple, faits d'un matériau métallique ou thermoplastique et constituent un support structurel. Un homme de l'art comprendra que d'autres matériaux de support structurels peuvent être utilisés. Un homme de l'art comprendra que les corps de renforts en élastomère individuels 56 et les plaques de fixation individuelles 54 peuvent être construits sous la forme de corps unitaires. De plus, la plaque supérieure 50, les corps de renfort en élastomère 56 et les plaques de fixation peuvent être construits sous la forme d'un corps unitaire ou d'un corps unitaire qui est ensuite séparé en un premier et un deuxième éléments. Le corps en élastomère 52 peut ensuite être formé autour des autres éléments pour terminer la garniture d'étanchéité 11. La présente invention présente plusieurs avantages distincts. Selon un aspect, l'invention permet à l'unité d'étanchéité d'étancher des lignes multiples dans le puits de forage sans fuite. L'invention est localisée de manière positive, à l'intérieur du dispositif d'entretien de champ pétrolifère et assure un positionnement et un alignement convenables. Le positionnement et l'alignement convenables assurent que le BOP peut être actionné à tout moment sans être obligé de déplacer les éléments situés dans le puits de forage dans une position spéciale. Un autre avantage de l'invention est qu'elle peut être incorporée dans la conception d'un BOP existant. Dans un mode de réalisation, l'invention peut être présente à l'intérieur du BOP comme une monture standard. Dans un mode de réalisation, l'invention peut être fabriquée sous la forme d'une entité séparée et utilisée conjointement avec des dispositifs d'entretien de champ pétrolifère standard. Cette souplesse de fabrication permet la modernisation des BOP existants déjà utilisés par des sociétés d'entretien et d'exploration. En outre, un avantage économique considérable existe en raison de la possibilité de moderniser plutôt que d'acheter un nouveau BOP. De plus, le remplacement de garnitures d'étanchéité usées peut être facilement réalisé. Un autre avantage de l'invention est que la compression du corps en élastomère autour et entre le tuyau de forage et les éléments supplémentaires situés dans le puits de forage conserve l'intégrité du puits de forage. Un BOP peut fonctionner avec plusieurs éléments dans le puits de forage et toujours fournir un appareil d'étanchéification annulaire sûr et efficace. Ceci signifie que le puits peut être fermé sans se soucier d'un écoulement de fuite présentant un danger pour le fonctionnement. Bien que la présente invention ait été décrite en ce qui concerne un nombre limité de modes de réalisation préférés, l'homme de l'art comprendra un grand nombre de modifications et de variantes à celle- ci. Les revendications annexées sont destinées à recouvrir toutes ces modifications et variantes apparaissant à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Une garniture d'étanchéité (11) d'éléments multiples destinée à être utilisée avec des dispositifs d'entretien de champ pétrolifère dans un puits de forage comprenant: un premier élément (10) comprenant un matériau composite constitué sensiblement d'un élastomère et d'un matériau de support structurel; un deuxième élément (12) comprenant un matériau composite constitué sensiblement d'un élastomère et d'un matériau de support structurel; le premier élément (10) et le deuxième élément (12) étant configurés de manière à envelopper des éléments dans le puits de forage avec l'élastomère lors de l'application d'une pression radiale. 2. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux éléments (10, 12) sont configurés de manière à remplir une zone (7) autour et entre les éléments dans le puits de forage lors de l'application d'une pression radiale. 3. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau structurel est un métal. 4. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau structurel est un thermoplastique. 5. Une garniture d'étanchéité (11) d'éléments multiples destinée à être utilisée avec des dispositifs d'entretien de champ pétrolifère dans un puits de forage comprenant: une plaque supérieure (50); une pluralité de plaques de fixation (54) s'étendant au-dessous de la plaque supérieure (50) et agencées radialement autour d'un axe qui est parallèle à l'axe d'un puits de forage; une pluralité d'éléments de renfort agencés radialement autour de l'axe; et un corps (52) qui englobe les plaques de fixation (54) et les éléments de renfort, le corps (52) comprenant une structure solide avec un alésage à travers celle-ci. 6. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le corps (52) est un élastomère. 7. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le corps (52) est agencé de manière à remplir une zone (7) autour et entre les éléments dans le puits de forage en cas d'application d'une pression radiale. 8. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la garniture comprend un premier et un deuxième éléments (10, 12) qui sont fixés de manière amovible. 9. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 8, caractérisée en ce que le premier élément (10) et le deuxième élément (12) sont agencés de manière à remplir une zone (7) autour et entre les éléments dans le puits de forage en cas d'application d'une pression radiale. 10. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments de renfort sont fixés aux plaques de fixation (54). 11. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les plaques de fixation (54) sont formées séparément de et solidement fixées à la plaque supérieure (50). 12. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque plaque de fixation (54) et chaque élément de renfort comprend des corps unitaires. 13. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la plaque supérieure (50), les plaques de fixation (54) et les éléments de renfort comprennent un corps unitaire. 14. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments de renfort sont métalliques. 15. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments de renfort sont en thermoplastique. 16. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la garniture est fixée de manière amovible à un dispositif de prévention d'éruption. 17. La garniture d'étanchéité (11) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la garniture d'étanchéité (11) fait partie intégrante d'un dispositif de prévention d'éruption. 18. Un procédé de formation d'un joint autour de plusieurs éléments dans un puits de forage avec une garniture d'étanchéité (11) comprenant une plaque supérieure (50); une pluralité d'éléments de fixation (54), une pluralité d'éléments de renfort en élastomère (56) et un corps en élastomère (52), comprenant: l'action d'une force radiale sur la garniture d'étanchéité (11); et la déformation du corps en élastomère (52) et des éléments de renfort en élastomère (56) de façon à ce qu'un joint soit formé autour de et entre les éléments dans le puits de forage. 19. Le procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la force radiale est exercée par excitation ou activation d'un dispositif de prévention d'éruption annulaire. 20. Une garniture d'étanchéité (11) d'éléments multiples destinée à être utilisée avec des dispositifs d'entretien de champ pétrolifère dans un puits de forage comprenant: des moyens pour fixer la garniture d'étanchéité (11) à un dispositif de détournement d'écoulement de champ pétrolifère (13), et des moyens d'étanchéification autour des et entre les éléments dans le puits de forage.