Brevet FR3096392A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Un ensemble de vanne de sÉcurite de fond [0001] CONTEXTE [0002] Les vannes de sécurité de fond (SSSV) sont des éléments constitutifs des systèmes de tubulure de production pour aspirer les fluides des réservoirs d'hydrocarbures. En cas de défaillance catastrophique, la SSSV peut être déclenchée, après quoi un canal principal ou un alésage dans le système de tubulure de production se ferme. Les SSSV peuvent être tenues de subir et de passer des tests standard de l'industrie qui comprennent des mesures de fuite de gaz à basse pression après une exposition à des environnements sablonneux avant que l'équipement ne puisse être introduit sur le marché. La capacité d'une SSSV à fonctionner de manière fiable en présence de sables à de faibles pressions de gaz est un problème particulièrement, intéressant. Brève description des dessins [0003] Pour une compréhension plus complète des caractéristiques et des avantages de la présente invention, il est maintenant fait référence à la description détaillée ainsi qu'aux figures annexées dans lesquelles les numéros correspondants sur les différentes figures se réfèrent à des parties correspondantes et dans lesquelles : [0004] La figure lA et la figure 1B sont des illustrations d'une SSSV à l'intérieur d'un puits de forage pour aspirer du fluide d'un réservoir, conformément à certains exemples de modes de réalisation ; [0005] La figure 2A est une illustration d'une vue latérale d'une SSSV avec des trous d'écoulement, conformément à certains exemples de modes de réalisation ; [0006] La figure 2B est une illustration d'une vue isométrique de la SSSV avec des trous d'écoulement ; [0007] Les figures 3A et 3B sont des illustrations de vues latérales de la SSSV avec un dispositif essuyeur dans un état étendu et un état aplati, selon certains exemples de modes de réalisation ; [0008] La figure 4A est une illustration d'une vue latérale de la SSSV et d'un tamis, selon certains exemples de modes de réalisation ; [0009] La figure 4B est une illustration d'une vue isométrique de la SSSV dans laquelle le tamis est un composant intégré de la vanne d'ouverture, conformément à certains exemples de modes de réalisation ; [0010] La figure 5 est une illustration d'une vue latérale de la branche d'ouverture ayant à la fois les trous d'écoulement et le dispositif essuyeur, conformément à certains exemples de modes de réalisation ; [0011] La figure 6 est une illustration d'une vue latérale de la branche d'ouverture et d'une configuration alternative dans laquelle les trous d'écoulement se présentent sous la 2 forme de fentes, conformément à certains exemples de modes de réalisation ; [0012] La figure 7 est une illustration d'une vue latérale de la branche d'ouverture et d'une autre vue des fentes de la figure 6 ; et [0013] Les figures 8 et 9 sont des illustrations de vues isométriques du tamis intégré avec la branche d'ouverture de la figure 4B. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0014] Bien que la fabrication et l'utilisation de divers modes de réalisation de la présente invention soient discutées en détail ci-dessous, il convient de noter que la présente invention fournit de nombreux concepts inventifs applicables, qui peuvent être incorporés dans une grande variété de contextes spécifiques. Les modes de réalisation spécifiques faisant l'objet de la présente discussion sont uniquement illustratifs et ne délimitent pas la portée de la présente description. Dans un souci de clarté, toutes les caractéristiques d'une mise en oeuvre réelle ne sont pas décrites dans cette description. On notera bien entendu que dans le développement d'un tel mode de réalisation réel, de nombreuses décisions spécifiques à la mise en oeuvre doivent être prises pour atteindre les objectifs spécifiques du développeur, tels que la conformité aux contraintes liées au système et aux activités, qui varieront d'une mise en oeuvre à une autre. De plus, on notera qu'un tel effort de développement pourrait être complexe et chronophage, mais serait une entreprise courante pour l'homme du métier tirant avantage de cette invention. [0015] L'invention porte ici sur une SSSV qui incorpore au moins un élément parmi des trous d'écoulement, un filtre et un anneau racleur/essuyeur flexible et extensible avec une branche d'ouverture et un mécanisme de fermeture pour empêcher les sables ou des débris de s'accumuler autour d'un siège de vanne. Les trous d'écoulement et le filtre fournissent en retour un chemin d'écoulement de fluide dans un diamètre interne (ID) de la branche d'ouverture afin que le fluide puisse circuler sur le siège de vanne et la garniture pour réduire l'accumulation de sables autour de cette zone. Le dispositif essuyeur extensible fonctionne pour essuyer les surfaces d'étanchéité du siège de vanne et de la garniture en réponse au mouvement linéaire de la branche d'ouverture lors de l'ouverture et de la fermeture du mécanisme de fermeture. Le filtre peut se présenter sous la forme d'un tamis. Le tamis peut être positionné près du siège de vanne et du joint d'étanchéité (garniture) de la SSSV. Dans cette configuration, un chemin d'écoulement du fluide traverse le tamis à partir de l'ID de la SSSV pour éliminer les débris du siège de vanne. [0016] Ces caractéristiques réduisent les longues périodes de test nécessaires pour que les SSSV réussissent les tests de fuite à basse pression dans le cadre du test de sable de l'API (American Petroleum Institute). En éliminant le nombre d'itérations nécessaires 3 pour réussir le test de nouvelles SSSV, une grande réduction des coûts de développement et du temps de mise sur le marché des produits peut être réalisée. Ces caractéristiques améliorent également la fiabilité de la capacité de la SSSV à se fermer en présence de sables à de faibles pressions de gaz. [0017] Dans cette description, les termes aval et amont désignent respectivement en direction de la tête de puits ou de la surface, ou d'un emplacement plus proche de ceux-ci, et en direction d'un réservoir, ou d'un emplacement plus proche de ceux-ci. Les termes ouvert et fermé en ce qui concerne la SSSV (battant) désignent respectivement un alésage principal d'un système de tubulure de production ouvert et fermé. [0018] En se référant maintenant à la figure lA et à la figure 1B, l'illustration présente une SSSV dans un puits de forage pour aspirer du fluide d'un réservoir, conformément à certains exemples de modes de réalisation, désigné généralement par 10. Le puits de forage 10 comprend une SSSV 16 intégrée comprenant les joints du corps 14a et 14e et un activateur de SSSV 18. La SSSV 16 est intégrée à un système de tubulure de production (non illustré). La SSSV 16 comprend en outre une branche d'ouverture 20, un battant 22, un siège de vanne 24a et éventuellement, une garniture 24b. La SSSV 16 peut être ouverte par pression hydraulique et fermée par l'activateur 18. Dans ce mode de réalisation particulier, la branche d'ouverture 20 comprend plusieurs trous d'écoulement 26. Le siège de vanne 24a et la garniture 24b peuvent être positionnés autour de la branche d'ouverture 20 et fixés au joint du corps 14d. La branche d'ouverture 20 peut coulisser à travers le siège de vanne 24a et la garniture 24b. Le battant 22 fixé au joint du corps 14d peut être une charnière de compression de force sollicitée vers une position fermée. L'activateur de SSSV 18 peut être un ressort de puissance et est un mécanisme à sécurité intégrée qui peut être activé à distance pour fermer la SSSV, par exemple lorsque la pression hydraulique est pentue. Sur la figure 1A, la branche d'ouverture 20 est dans un état rentré et le battant 22 est dans une position fermée empêchant le fluide de réservoir de s'écouler à travers un alésage principal du système de tubulure de production. Sur la figure 1B, la branche d'ouverture 20 est dans un état rentré et le battant 22 est dans une position ouverte permettant au fluide de réservoir de s'écouler à travers l'alésage principal. [0019] En se référant maintenant à la figure 2A, l'illustration présente une vue latérale d'une SSSV 16 avec des trous d'écoulement, selon certains exemples de modes de réalisation, désignés généralement par 50. La SSSV 50 comprend la branche d'ouverture 20 à l'intérieur du joint du corps 14d et le siège de vanne 24a fixé au joint du corps 14d. La branche d'ouverture 20 comprend des trous d'écoulement 26, par exemple des trous d'écoulement angulaires. Les trous d'écoulement angulaires peuvent créer un écoulement plus fluide lorsque les vitesses des fluides sont élevées, c'est-à-dire qu'ils créent moins de traînée. Dans la position ouverte avec la branche d'ouverture 20 déployée, le fluide se déplaçant vers l'aval peut rincer la surface du siège de vanne et circuler à nouveau à travers l'ID de la branche d'ouverture, ce qui fait partir les débris de la surface du siège du joint. Les trous d'écoulement 26 fournissent essentiellement un chemin de circulation et, par conséquent, empêchent l'eau et les débris de stagner autour de l'espace annulaire entre le joint du corps 14d et la branche d'ouverture 20. La figure 2B est une vue isométrique de la SSSV 16. La branche d'ouverture 20 peut en outre comprendre un dispositif essuyeur de débris 25 fixé à la branche 20. En réponse à une action de la branche d'ouverture 20, le dispositif essuyeur 25 s'étend radialement ou s'aplatit, selon que la branche d'ouverture 20 s'étend ou se rétracte, et par conséquent, la surface du siège de vanne 24a ou de la garniture 24b est nettoyée des débris, comme les sables. Le dispositif essuyeur 25 peut être constitué de métal, d'alliages, de plastique, d'élastomère, de polymères non élastomères ou de toute combinaison de ceux-ci et peut être fixé à la branche 20 à l'aide d'attaches, de clous, de soudures, de vis, de rivets, etc. [0020] En se référant maintenant aux figures 3A et 3B, l'illustration présente une vue latérale de la SSSV avec le dispositif essuyeur 25 dans un état déployé et dans un état aplati, conformément à certains exemples de modes de réalisation. En réponse à la rétractation de la branche d'ouverture 20, le dispositif essuyeur 25 se comprime et s'étend radialemcnt, ce qui amène le dispositif essuyeur 25 à gratter la surface du siège de vanne 24a, comme illustré sur la figure M. En réponse au déploiement de la branche d'ouverture 20, qui ouvre le battant 22, le dispositif essuyeur 25 s'étend axialement et s'aplatit sous le battant 22, comme illustré sur la figure 3B. [0021] En se référant maintenant à la figure 4A, l'illustration présente une vue latérale de la SSSV et d'un tamis, conformément à certains exemples de modes de réalisation. La SSSV comprend la branche d'ouverture 20 à l'intérieur du joint du corps 14d, le battant 22 et le siège de vanne 24a. Le battant 22 fixé au joint du corps 14d et le siège de vanne 24a et la garniture 24b positionnés autour de la branche d'ouverture 20. Dans ce mode de réalisation particulier, la branche d'ouverture 20 comprend un tamis 52 sous la forme d'un manchon qui est ajusté autour de la branche d'ouverture 20. Le fluide se déplaçant en aval peut circuler sur le siège de vanne 24a et la garniture 24b et les débris balayés de cet endroit peuvent être filtrés au niveau du tamis 52. Le tamis 52 peut être soudé sur la branche d'ouverture 20 ou autrement fixé sur la branche d'ouverture 20. La figure 4B illustre la SSSV dans laquelle un tamis 62 est un composant intégré de la branche d'ouverture 20. Les tamis 52, 62 peuvent être constitués de mailles de tailles variables. [0022] En se référant maintenant à la figure 5, l'illustration présente une vue latérale de la branche d'ouverture 20 ayant à la fois les trous d'écoulement 26 et le dispositif essuyeur 24b. La figure 6 illustre une vue latérale de la branche d'ouverture 20 et une configuration alternative dans laquelle les trous d'écoulement ont la forme de fentes 72. La figure 7 est une vue latérale de la branche d'ouverture 20 et une autre vue des fentes 72 de la figure 6. Les figures 8 et 9 sont des vues isométriques du tamis 62 intégré à la branche d'ouverture 20 de la figure 4B, c'est-à-dire que les trous sont percés dans la branche d'ouverture 20. 11 faut comprendre que la branche d'ouverture 20 peut comprendre n'importe quel nombre de trous d'écoulement 26 ou de fentes 72 ou toute combinaison de ceux-ci. Les trous d'écoulement 26 et les fentes 72 sont intégrés dirigés dans la branche d'ouverture 20 et la branche d'ouverture 20 est constituée de métaux à base d'acier. [0023] On comprendra en outre que les termes « comprennent » et/ou « comprenant », lorsqu'ils sont utilisés dans cette description, spécifient la présence de caractéristiques, de nombres entiers, d'étapes, d'opérations, d'éléments et/ou de composants présentés, niais n'excluent pas la présence ou l'ajout d'un, d'une ou de plusieurs autres caractéristiques, nombres entiers, étapes, opérations, éléments, composants et/ou groupes de ceux-ci. Tel qu'il est utilisé ici, le terme « et/ou » comprend toutes les combinaisons d'un ou de plusieurs des éléments énumérés associés. Telles qu'utilisées ici, des expressions telles que « entre X et Y» et « entre environ X et Y » doivent être interprétées comme incluant X et Y. Telles qu'utilisées ici, des expressions telles que « entre environ X et Y» signifient « entre environ X et environ Y ». Telles qu'utilisées ici, des expressions telles que « d'environ X à Y» signifient « d'environ X à environ Y ». [0024] Les modes de réalisation décrits ci-dessus ont été présentés à des fins d'illustration et pour permettre à l'homme du métier de mettre en pratique la description, mais la description ne se veut ni exhaustive ni limitée aux formes décrites. De nombreuses modifications et variations non substantielles apparaîtront à l'homme du métier sans sortir du cadre et de l'esprit de l'invention. La portée des revendications est destinée à Couvrir généralement les modes de réalisation décrits et toute modification de ce type. De plus, les clauses suivantes représentent des modes de réalisation supplémentaires de l'invention et doivent être considérées dans le cadre de l'invention : [0025] Clause 1, une vanne de sécurité de fond à intégrer dans un système de tubulure de production, l'ensemble de vanne de sécurité ayant un battant de position et un siège de vanne, la vanne de sécurité de fond de la vanne de sécurité comprenant : une branche d'ouverture actionnable à distance comprenant au moins un élément parmi un dispositif essuyeur, un tamis et des trous d'écoulement ; dans laquelle le dispositif essuyeur, le tamis et les trous d'écoulement fonctionnent selon la position ou le mouvement du battant et empêchent l'accumulation de débris autour du siège de vanne ; [0026] Clause 2, la vanne de sécurité de fond de la clause 1, dans laquelle le dispositif 6 essuyeur est un matériau formablc en communication avec le siège de vanne et une surface de la branche d'ouverture ; [0027] Clause 3, la vanne de sécurité de fond de la clause 2, dans laquelle le dispositif essuyeur s'étend radialemcnt en réponse à la fermeture du battant ; [0028] Clause 4, la vanne de sécurité de fond de la clause 2, dans laquelle le dispositif essuyeur est constitué d'au moins un élément parmi un métal, un alliage, un élastomère, des polymères non élastomères et le plastique ; [0029] Clause 5, la vanne de sécurité de fond de la clause 1, dans laquelle la pluralité de trous d'écoulement sont des trous d'écoulement angulaires ; [0030] Clause 6, la vanne de sécurité de fond de la clause 1, dans laquelle les trous d'écoulement sont une pluralité de fentes allongées ; [0031] Clause 7, la vanne de sécurité de fond de la clause 1, dans laquelle le filtre comprend un tamis intégré à la branche d'ouverture et/ou positionné autour d'une section de la branche d'ouverture ; [0032] Clause 8, la vanne de sécurité de fond de la clause 1, dans laquelle le filtre se situe en aval du siège de vanne ; [0033] Clause 9, une vanne de sécurité de fond comprenant : un battant de position ; une branche d'ouverture actionnable à distance comprenant au moins un élément parmi un dispositif essuyeur extensible, un filtre et au moins un trou d'écoulement ; dans laquelle le dispositif essuyeur, le filtre et l'au moins un trou d'écoulement fonctionnent selon la position ou le mouvement du battant et empêchent l'accumulation de débris autour du siège de vanne ; [0034] Clause 10, la vanne de sécurité de fond de la cause 9, dans laquelle le dispositif essuyeur extensible est en communication avec le siège de vanne et une surface de la branche d'ouverture ; [0035] Clause ii, l'ensemble de vanne de sécurité de fond de la clause 10, dans lequel le dispositif essuyeur extensible s'étend radialement en réponse à une action de fermeture du battant ; [0036] Clause 12, la vanne de sécurité de fond de la clause 9, dans laquelle le dispositif essuyeur est constitué d'au moins un élément parmi un métal, un alliage, un élastomère, des polymères non élastomères et le plastique ; [0037] Clause 13, la vanne de sécurité de fond de la clause 9, dans laquelle l'au moins un trou d'écoulement est au moins une fente allongée ; [0038] Clause 14, la vanne de sécurité de fond de la clause 9, dans laquelle le filtre comprend un tamis intégré à la branche d'ouverture et/ou positionné autour d'une section de la branche d'ouverture ; [0039] Clause 15, l'ensemble de vanne de sécurité de fond de la clause 9, dans lequel le filtre se situe en aval du siège de vanne ; 7 [0040] Clause 16, l'ensemble de vanne de sécurité de fond de la clause 9, dans lequel l'au moins un trou d'écoulement est un trou d'écoulement angulaire ; [0041] Clause 17, un procédé d'utilisation d'une vanne de sécurité de fond intégrée à un système de tubulure de production, l'ensemble de vanne de sécurité ayant un battant de position et un siège de vanne, le procédé comprenant : l'activation à distance d'une branche d'ouverture provoquant un changement de position du battant ; l'exécution, en réponse à l'activation, d'au moins l'une des opérations suivantes : essuyage ou rinçage d'un siège de vanne en réponse à la position ou au mouvement du battant ; dans lequel la branche d'ouverture comprend au moins un élément parmi un dispositif essuyeur, un filtre et des trous d'écoulement ; [0042] Clause 18, le procédé de la clause 17, dans lequel le dispositif essuycur est un matériau expansible en communication avec le siège de vanne et une surface de la branche d'ouverture. [0043] Clause 19, le procédé de la clause 18, dans lequel le dispositif essuycur se comprime et se dilate en réponse à une action d'ouverture et de fermeture du battant ; et [0044] Clause 20, le procédé de la clause 16, dans lequel la pluralité de trous d'écoulement sont un élément parmi une pluralité de fentes allongées et de trous d'écoulement angulaires. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Vanne de sécurité dc fond (16) à intégrer dans un système de tubulure de production, l'ensemble vanne dc sécurité ayant un battant de position (22) et un siège de vanne (24a), la vanne de sécurité de fond (16) comprenant : une branche d'ouverture (20) actionnable à distance comprenant au moins un élément parmi un dispositif essuyeur (25), un tamis (52) et des trous d'écoulement (26); dans laquelle le dispositif essuyeur (25), le tamis (52) et les trous d'écoulement (26) fonctionnent selon la position ou le mouvement du battant (22) et empêchent l'accumulation de débris autour du siège de vanne (24a). [Revendication 2] Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif essuyeur (25) est un matériau formable en communication avec le siège de vanne (24a) et une surface de la branche d'ouverture (20); et éventuellement, dans laquelle le dispositif essuyeur (25) s'étend radialement en réponse à la fermeture du battant (22) et, éventuellement, dans laquelle le dispositif essuyeur (25) est constitué d'au moins un élément parmi un métal, un alliage, un élastomère, des polymères non élastomères et le plastique. [Revendication 3] Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 1, dans laquelle la pluralité de trous d'écoulement (26) sont des trous d'écoulement angulaires. [Revendication 4] Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 1, dans laquelle les trous d'écoulement (26) sont une pluralité de fentes allongées (72). [Revendication 5] Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 1, dans laquelle le filtre comprend un tamis (52) intégré à la branche d'ouverture (20) et/ou positionné autour d'une section de la branche d'ouverture (20). [Revendication 6] Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 1, dans laquelle le filtre se situe en aval du siège de vanne (24a). [Revendication 7] Vanne de sécurité de fond (16) comprenant : un battant de position (22); et une branche d'ouverture (20) actionnable à distance comprenant au moins un élément parmi un dispositif essuyeur extensible (25), un filtre (52) et au moins un trou d'écoulement (26); dans laquelle le dispositif essuyeur (25), le filtre (52) et l'au moins un 9 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] trou d'écoulement (26) fonctionnent selon la position ou le mouvement du battant (22) et empêchent l'accumulation de débris autour du siège de vanne (24a). Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 7, dans laquelle le dispositif essuyeur extensible (25) est en communication avec le siège de vanne (24a) et une surface de la branche d'ouverture (20); et, éventuellement, dans laquelle le dispositif essuyeur extensible (25) s'étend radialcment en réponse à une action de fermeture du battant (22). Ensemble de vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 7, dans lequel le dispositif essuyeur (25) est constitué d'au moins un élément parmi un métal, un alliage, un élastomère, des polymères non élastomères et le plastique. Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 7, dans laquelle l'au moins un trou d'écoulement (26) est au moins une fente allongée (72). Vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 7, dans laquelle le filtre (52) comprend un tamis intégré à la branche d'ouverture (20) et/ou positionné autour d'une section de la branche d'ouverture (20). Ensemble de vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 7, dans lequel le filtre (52) se situe en aval du siège de vanne (24a). Ensemble de vanne de sécurité de fond (16) selon la revendication 7, dans lequel l'au moins un trou d'écoulement (26) est un trou d'écoulement angulaire (26). Procédé d'utilisation d'une vanne de sécurité de fond (16) intégrée à un système de tubulure de production, l'ensemble de vanne de sécurité (16) ayant un battant de position (22) et un siège de vanne (24a), le procédé comprenant : l'activation à distance d'une branche d'ouverture (20) provoquant un changement de position du battant (20); et l'exécution, en réponse à l'activation, d'au moins l'une des opérations suivantes : essuyage ou rinçage d'un siège de vanne (24a) en réponse à la position ou au mouvement du battant (22); dans lequel la branche d'ouverture (20) comprend au moins un élément parmi un dispositif essuyeur (25), un filtre (52) et des trous d'écoulement (26); et, éventuellement, dans lequel la pluralité de trous d'écoulement (26) sont un élément d'une pluralité de fentes allongées (72) et de trous d'écoulement an- 10 [Revendication 15] gulaircs (26). Procédé selon la revendication 14, dans lequel le dispositif essuyeur (25) est un matériau expansible en communication avec le siège dc vanne (24a) et une surface de la branche d'ouverture (20); et, éventuellement, dans lequel le dispositif essuycur (25) se comprime et se dilate en réponse à une action d'ouverture et dc fermeture du battant (22).