Brevet FR3122204A1 — publié le 20221028

Un assemblage de vanne (100) utilisé dans des systèmes de puits de forage souterrains inclut un élément de clapet (106) sollicité vers une position fermée par une paire de fils à ressort (120) opposés. Les fils à ressort (120) fournissent un couple suffisant pour assurer un fonctionnement robuste de l’élément de clapet (106) et permettre un écoulement de fluide suffisant à travers l’espace limité disponible dans l’assemblage de vanne (100). Deux paires symétriques de fils à ressort (120) peuvent être fabriquées de manière robuste et installées individuellement sans accumulation inutile de tolérances ou d’erreurs de fabrication, fournissant ainsi des niveaux de couple prévisibles à l’élément de clapet (106). Les fils à ressort (120) peuvent être fixés dans des trous borgnes ou dans d’autres éléments définis dans une surface circonférentielle de l’élément de clapet (106) pour garantir que les ressorts restent en prise dans l’élément de clapet (106) tout au long du fonctionnement de l’assemblage de vanne (100). Fig.2A AMÉLIORATION DE LA ROBUSTESSE DE L’OUVERTURE/FERMETURE DE LA VANNE À CLAPET RÉFÉRENCE CROISÉE À UNE DEMANDE ASSOCIÉE Cette demande revendique la priorité de la demande de brevet américaine non provisoire n° 17/240,326 déposée le 26 avril 2021. CONTEXTE La présente invention concerne de manière générale un équipement et des opérations réalisées conjointement avec des puits de forage souterrains. Des exemples de modes de réalisation décrits ici incluent des assemblages de vanne à clapet qui sont sollicités vers une configuration fermée. Des vannes de sécurité souterraines sont souvent utilisées pour contrôler l’écoulement de fluide dans une colonne de production ou d’autres colonnes de tubage de fond de trou. Par exemple, une vanne de sécurité souterraine peut être maintenue dans une configuration ouverte pendant des opérations nominales et peut être déplacée vers une configuration fermée pour bloquer l’écoulement ascendant des fluides de formation à travers la colonne de production en cas de défaillance ou de condition dangereuse à la surface. Un élément de clapet, ou un « clapet », peut être prévu pivotant pour configurer la vanne dans les configurations ouverte et fermée. Une pression hydraulique peut être appliquée pour faire pivoter l’élément de clapet vers une position ouverte, et lorsque la pression hydraulique est supprimée, manuellement ou automatiquement en réponse à une condition dangereuse, un élément de sollicitation peut fonctionner pour faire pivoter l’élément de clapet vers une position fermée. Des ressorts de torsion et des ressorts d’extension hélicoïdaux sont souvent prévus en tant qu’élément de sollicitation qui pousse l’élément de clapet vers la position fermée. Ces types de ressorts peuvent avoir une capacité de couple limitée en raison de l’espace limité disponible dans un assemblage de vanne souterraine. Avec une capacité de couple limitée, ces ressorts peuvent ne pas déplacer complètement l’élément de clapet vers la position fermée, ce qui pourrait potentiellement permettre à des fluides dangereux de s’échapper dans l’environnement immédiat à travers la colonne de production partiellement fermée. L’invention est décrite en détail ci-après, à titre d’exemple uniquement, sur la base d’exemples représentés sur les figures jointes en annexe parmi lesquelles : est une vue de côté en coupe transversale partielle d’un système de puits de forage incluant un assemblage de vanne selon des aspects de la présente invention ; est une vue en perspective d’un assemblage de vanne, qui peut être utilisé dans le système de puits de forage de la , illustrant un élément de clapet sollicité vers une position fermée avec un fil à ressort s’étendant à travers une selle définie dans l’élément de clapet ; est une vue en perspective du fil à ressort de la ; est une vue en perspective d’un autre mode de réalisation d’un fil à ressort incluant des bandes de résistance sur celui-ci, qui peut être utilisé dans l’assemblage de vanne de la en prise dans la selle de l’élément de clapet, selon des aspects de la présente invention ; est une vue en perspective d’un autre mode de réalisation d’un élément de clapet incluant une pluralité de rainures de selle définies à l’intérieur, qui peuvent être utilisées dans l’assemblage de vanne de la en prise avec un fil à ressort, selon des aspects de la présente invention ; est une vue en perspective d’un assemblage de vanne selon des aspects de la présente invention, qui peut être utilisé dans le système de puits de forage de la , illustrant un élément de clapet sollicité vers une position fermée avec une paire de fils à ressort opposés en prise dans une paire de trous borgnes définis dans l’élément de clapet ; est une vue en perspective de la paire de fils à ressort de la , selon des aspects de la présente invention ; est une vue en perspective d’un autre mode de réalisation d’un élément de clapet qui peut être utilisé dans l’assemblage de vanne de la , illustrant une paire de trous borgnes pour recevoir des extrémités de fils à ressort, selon des aspects de la présente invention ; et sont des vues en perspective et de côté d’un autre mode de réalisation d’un élément de clapet incluant un canal défini dans celui-ci pour recevoir des extrémités libres de fils à ressort, selon des aspects de la présente invention ; et sont des vues en perspective et en bout d’un autre mode de réalisation d’un assemblage de vanne selon des aspects de la présente invention, l’assemblage de vanne employant l’élément de clapet des figures 7A et 7B avec des fils à ressort en prise dans le canal défini dans l’élément de clapet ; et et sont des vues de côté en coupe transversale d’un autre mode de réalisation d’un assemblage de vanne dans des configurations fermée et ouverte respectivement, illustrant un ressort linéaire couplé dans un mécanisme de fermeture avec un élément de liaison, selon des aspects de la présente invention. Assemblage de vanne (100, 200, 300, 400) de fond de trou, caractérisé en ce qu’il comprend : un corps tubulaire (102, 314, 402) définissant un axe longitudinal et un trajet d’écoulement (104, 326, 408) à travers celui-ci ; un élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) couplé de manière pivotante au corps tubulaire (102, 314, 402) autour d’un axe de pivotement et pouvant être déplacé entre une position fermée où l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) empêche l’écoulement de fluide à travers le trajet d’écoulement (104, 326, 408) et une position ouverte où l’écoulement de fluide à travers le trajet d’écoulement (104, 326, 408) est autorisé, l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) incluant une paire d’ouvertures latérales (232a, 234a, 412) opposées définies à l’intérieur de celui-ci radialement espacées de l’axe de pivotement ; un support de ressort (122, 320, 414) couplé au corps tubulaire (102, 314, 402) et s’étendant axialement le long de l’axe longitudinal ; et une paire de fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) opposés couplés chacun individuellement entre le support de ressort (122, 320, 414) et l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302), les fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) incluant chacun une extrémité libre (144, 146, 204a, 206a, 322a, 322b, 324a, 324b) retenue dans une ouverture respective des ouvertures latérales (232a, 234a, 412) définies dans l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302). Assemblage (200) selon la revendication 1, dans lequel la paire de fils à ressort (204, 206) opposés est réalisée sous la forme de ressorts en forme de fil dépourvus de bobines et de structures cylindriques. Assemblage (200) selon la revendication 2, dans lequel la paire de fils à ressort (204, 206) opposés présente une symétrie miroir l’un par rapport à l’autre. Assemblage (100) selon la revendication 1, dans lequel la paire de fils à ressort (150) opposés inclut chacun une bande de résistance (152) non métallique sur ceux-ci en prise avec l’élément de clapet (106). Assemblage (200) selon la revendication 1, dans lequel les ouvertures latérales (232a, 234a) sont définies sur une surface circonférentielle extérieure (236) de l’élément de clapet (230) s’étendant dans des trous borgnes (232, 234) opposés. Assemblage (200) selon la revendication 5, dans lequel les extrémités libres (204a, 206a) des fils à ressort (204, 206) retenus dans les ouvertures latérales (232a, 234a) viennent chacune en butée contre une surface inférieure d’un trou respectif des trous borgnes (232, 234) opposés. Assemblage (300) selon la revendication 1, dans lequel les ouvertures latérales sont définies sur un canal allongé (304) s’étendant à travers une nervure centrale (308) de l’élément de clapet (302). Assemblage (100, 300) selon la revendication 1, dans lequel le support de ressort (122, 320) comprend une paire de bras latéraux (124, 126, 140, 142, 330, 332) reliés par une traverse circonférentielle (130, 334), et dans lequel chacun de la paire de fils à ressort (120, 150, 306, 322, 324) opposés est supporté dans un trou prévu dans un bras respectif des bras latéraux (124, 126, 140, 142, 330, 332) du support de ressort (122, 320). Assemblage (100, 200, 300, 400) selon la revendication 8, dans lequel les extrémités libres des fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) opposées aux extrémités libres (144, 146, 204a, 206a, 322a, 322b, 324a, 324b) retenues dans les ouvertures latérales (232a, 234a, 412) de l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) sont espacées axialement et latéralement des trous dans le support de ressort (122, 320, 414) lorsque les fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) sont dans une configuration détendue. Assemblage (400) selon la revendication 1, comprenant en outre un ressort linéaire et une charnière (422) couplée entre les fils à ressort et le support de ressort (414). Système de puits de forage (10) caractérisé en ce qu’il comprend : une colonne tubulaire disposée à un emplacement de fond de trou dans un puits de forage (12, 18) ; un corps tubulaire (402) couplé à l’intérieur de la colonne tubulaire, le corps tubulaire (402) définissant un axe longitudinal et un trajet d’écoulement (104, 326, 408) à travers celui-ci ; un élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) couplé de manière pivotante au corps tubulaire (102, 314, 402) autour d’un axe de pivotement et pouvant être déplacé entre une position fermée où l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) empêche l’écoulement de fluide à travers le trajet d’écoulement (104, 326, 408) et une position ouverte où l’écoulement de fluide à travers le trajet d’écoulement (104, 326, 408) est autorisé, l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) incluant une paire d’ouvertures latérales (232a, 234a, 412) opposées définies à l’intérieur de celui-ci radialement espacées de l’axe de pivotement ; un support de ressort (122, 320, 414) couplé au corps tubulaire (102, 314, 402) et s’étendant axialement le long de l’axe longitudinal ; et une paire de fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) opposés couplés chacun individuellement entre le support de ressort (122, 320, 414) et l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302), les fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) incluant chacun une extrémité libre (144, 146, 204a, 206a, 322a, 322b, 324a, 324b) retenue dans une ouverture respective des ouvertures latérales (232a, 234a, 412) définies dans l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302). Système (10) selon la revendication 11, dans lequel la paire de fils à ressort (204, 206) opposés présente une symétrie miroir l’un par rapport à l’autre et ils sont réalisés comme des ressorts en forme de fil dépourvus de bobines et de structures cylindriques. Système (10) selon la revendication 11, dans lequel les ouvertures latérales (232a, 234a) sont définies sur une surface circonférentielle extérieure (236) de l’élément de clapet (230) s’étendant dans des trous borgnes (232, 234) opposés et dans lequel les extrémités libres (204a, 206a) viennent en butée contre une surface inférieure d’un trou respectif des trous borgnes (232, 234) opposés. Système (10) selon la revendication 11, dans lequel les ouvertures latérales sont définies sur un canal allongé (304) s’étendant à travers une nervure centrale (308) de l’élément de clapet (302). Système (10) selon la revendication 11, dans lequel le support de ressort (122, 320) comprend une paire de bras latéraux (124, 126, 140, 142, 330, 332) reliés par une traverse circonférentielle (130, 334), et dans lequel chacun de la paire de fils à ressort (120, 150, 306, 322, 324) opposés est supporté dans un trou prévu dans un bras respectif des bras latéraux (124, 126, 140, 142, 330, 332) du support de ressort (122, 320). Système (10) selon la revendication 15, dans lequel les extrémités libres des fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) opposées aux extrémités libres (144, 146, 204a, 206a, 322a, 322b, 324a, 324b) retenues dans les ouvertures latérales (232a, 234a, 412) de l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) sont espacées axialement et latéralement des trous dans le support de ressort (122, 320, 414) lorsque les fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) sont dans une configuration détendue. Système (10) selon la revendication 11, comprenant en outre un ressort linéaire et une charnière (422) couplée entre les fils à ressort et le support de ressort (414). Procédé de construction d’un assemblage de vanne (100, 200, 300, 400) de fond de trou, caractérisé en ce qu’il comprend : le couplage de manière pivotante d’un élément de clapet à un corps tubulaire (102, 314, 402) de sorte que l’élément de clapet puisse être déplacé entre une position fermée où l’élément de clapet empêche l’écoulement de fluide à travers un trajet d’écoulement (104, 326, 408) défini par le corps tubulaire (102, 314, 402) et une position ouverte où l’écoulement de fluide à travers le trajet d’écoulement (104, 326, 408) est autorisé ; la fixation d’un support de ressort (122, 320, 414) au corps tubulaire (102, 314, 402), le support de ressort (122, 320, 414) s’étendant axialement à partir de l’élément tubulaire et circonférentiellement autour du trajet d’écoulement (104, 326, 408) ; la retenue des extrémités libres (144, 146, 204a, 206a, 322a, 322b, 324a, 324b) d’une paire de fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) opposés dans une ouverture respective d’une paire d’ouvertures latérales (232a, 234a, 412) opposées définies dans l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) ; et la précharge de chacun des fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) entre le support de ressort (122, 320, 414) et l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) de sorte que les fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) coopèrent pour solliciter l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) vers la position fermée. Procédé selon la revendication 18, comprenant en outre la construction des fils à ressort (204, 206) comme des ressorts en forme de fil dépourvus de bobines et de structures cylindriques de sorte que les fils à ressort (204, 206) présentent une symétrie miroir les uns par rapport aux autres. Procédé selon la revendication 18, dans lequel la précharge de chacun des fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) comprend l’installation des extrémités libres des fils à ressort (120, 150, 204, 206, 306, 322, 324) opposées aux extrémités libres (144, 146, 204a, 206a, 322a, 322b, 324a, 324b) retenues dans les ouvertures latérales (232a, 234a, 412) de l’élément de clapet (106, 160, 202, 230, 404, 302) dans des trous définis dans le support de ressort (122, 320, 414).