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Dispositif de sécurité pour un puits de pétrole et installation de sécurité
associée.
La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour un puits
d'exploitation de fluides, du type comprenant :
- un boîtier de vanne destiné à être fixé de manière étanche à
l'intérieur d'un conduit de circulation d'un fluide, le boîtier délimitant un
passage
de circulation du fluide et comprenant :
= une vanne d'obturation du passage, mobile entre une position
d'ouverture du passage et une position de fermeture du passage ;
= des moyens de sollicitation permanente de la vanne vers sa
position de fermeture ; et
= des moyens de liaison du boîtier à un organe de raccordement à
une ligne de travail au câble destinée à déplacer et à ancrer le boîtier dans
le
conduit ;
- des moyens de maintien de la vanne dans sa position d'ouverture à
l'encontre des moyens de sollicitation permanente, les moyens de maintien
comprenant au moins un organe de déplacement de la vanne, mobile dans le
boîtier de vanne entre une position de repos et une position active de
sollicitation
de la vanne, et un organe de rappel permanent de l'organe de déplacement vers
sa position de repos ; et
- des moyens d'actionnement hydraulique des moyens de maintien,
commandables par un signal de commande pour activer les moyens de maintien
lorsqu'un signal de commande d'ouverture de vanne est reçu par les moyens
=
d'actionnement, et pour désactiver les moyens de maintien en l'absence dudit
signal.
Un tel dispositif est utilisé pour mettre en sécurité un puits de
production de pétrole ou d'un autre fluide (notamment gaz, vapeur, eau),
notamment lorsque ce puits est éruptif et peut être amené à être obturé
rapidement en cas de défaillance de l'installation de surface, cette
défaillance
produisant la coupure d'un signal de commande d'ouverture.
On connaît de US 4,002,202 un dispositif du type précité, qui est
descendu dans un tubage de production d'un puits de pétrole, au moyen d'une
ligne de travail au câble. Ce dispositif comprend un boîtier de vanne, une
tige de
maintien en position d'ouverture de la vanne et des bobines électromagnétiques
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d'actionnement de la tige de maintien. Les bobines sont fixées à l'extérieur
du
tubage en un point déterminé de ce tubage, et sont raccordées électriquement à
la surface par des câbles électriques.
Lorsqu'un signal de commande électrique est reçu par les bobines
électromagnétiques, la vanne est maintenue en position dbuverture par la tige
de
maintien, à l'encontre d'un ressort de rappel.
En l'absence de signal de commande, le ressort de rappel se déploie
pour déplacer la tige, ce qui permet l'obturation rapide de la vanne.
On connaît également un dispositif de sécurité du même type, piloté
par une ligne de commande hydraulique s'étendant à l'extérieur du tubage
depuis
la surface.
De tels dispositifs ne donnent pas entière satisfaction. Le dispositif de
sécurité doit être positionné en un point déterminé du puits, en regard des
bobines d'actionnement, et les bobines doivent être liées à la surface par les
lignes d'alimentation électrique, ou doit être positionné en regard de
l'arrivée de
la conduite hydraulique.
Un but de l'invention est donc de fournir un dispositif autonome de
sécurité, comprenant une vanne de sécurité pouvant être installée et ancrée en
n'importe quel point du puits quelle que soit l'architecture de la complétion
équipant ce dernier, et pouvant être commandée depuis la surface.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité,
caractérisé en ce que les moyens de maintien et les moyens d'actionnement sont
solidaires du boîtier pour leur déplacement simultané sous la commande de la
ligne de travail au câble, et que les moyens d'actionnement comprennent un
vérin hydraulique et une centrale hydraulique de commande du vérin.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des
caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les
combinaisons
techniquement possibles :
- la centrale hydraulique fait saillie au moins partiellement par rapport
au boîtier, à l'extérieur du passage de circulation, le passage de circulation
étant
dégagé entre les moyens de liaison et la vanne ;
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- la centrale hydraulique est amovible par rapport au boîtier de vanne,
le boîtier de vanne comprenant des moyens de réception de la centrale ;
- le vérin comprend une chambre de mise en pression d'un fluide de
commande, la chambre recevant une partie de l'organe de déplacement de la
vanne ; et une bâche de réserve et de décharge du fluide de commande,
et la centrale hydraulique de commande comprend une pompe
d'amenée de fluide de commande dans la chambre de mise en pression, une
conduite de mise en pression raccordant la chambre de mise en pression à la
bâche de décharge, une première conduite de décharge piquée sur la conduite
to de mise en pression munie d'une vanne de décharge ouverte en l'absence du
signal de commande, et fermée en présence dudit signal ;
- l'organe de rappel sollicite un piston de pressurisation de la bâche ;
- les moyens d'actionnement comprennent une conduite de décharge
rapide, piquée sur la conduite de mise en pression, la conduite de décharge
rapide étant munie d'un organe d'obturation libérable lorsque la vanne de
décharge est ouverte ;
- la section maximale de la première conduite de décharge et de la
partie amont de la conduite de mise en pression située en amont de l'organe
d'obturation libérable est inférieure à la section minimale de la conduite de
décharge rapide et de la partie aval de la conduite de mise en pression située
en
aval de l'organe d'obturation libérable ;
- les moyens d'actionnement comprennent un accumulateur de fluide
de commande raccordé à la chambre de mise en pression ;
- les moyens d'actionnement comprennent un clapet anti-retour à fuite
nulle, interposé entre la pompe et la chambre de mise en pression ;
- la centrale hydraulique comprend des moyens de commande du
vérin, les moyens de commande comprenant un récepteur, une unité de
commande apte à piloter le vérin pour activer les moyens de maintien lorsqu'un
signal de commande d'ouverture de vanne est reçu par le récepteur, et pour
désactiver les moyens de maintien en l'absence dudit signal ;
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- l'unité de commande est apte à piloter le vérin pour activer au moins
temporairement les moyens de maintien en l'absence de signal d'ouverture de
vanne, après réception d'un signal de mise sous silence par le récepteur ; et
- le dispositif comprend des moyens d'ancrage libérables du boîtier
dans le conduit, portés par le boîtier.
L'invention a également pour objet une installation de sécurité pour un
puits d'exploitation de fluides comprenant un conduit de circulation du
fluide,
l'installation comportant :
- un dispositif tel que défini ci-dessus ; et
- des moyens de déploiement du dispositif dans le conduit comprenant
une ligne de travail au câble raccordée de manière libérable aux moyens de
liaison.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux
dessins
annexés, sur lesquels :
- la Figure 1A est une vue en coupe suivant un plan vertical médian
d'un puits de pétrole équipé d'un dispositif de sécurité selon l'invention,
lors de
l'exploitation du puits ;
- la Figure 1B est une vue analogue à la Figure 1A, lors de l'installation
du dispositif dans le puits ;
- la Figure 2 est une vue de côté du dispositif de sécurité représenté
sur la Figure 1A et sur la Figure 1B ;
- la Figure 3 est une vue en coupe suivant un plan vertical médian d'un
détail du dispositif de la Figure 2;
- la Figure 3A est une vue d'un détail marqué IIIA sur la Figure 3;
- la Figure 4 est une vue en coupe transversale suivant le plan IV-IV
de la Figure 3;
- la Figure 5 est une vue schématique des moyens d'actionnement
hydrauliques du dispositif de la Figure 2 ; et
- la Figure 6 est une vue analogue à la Figure 3 dans laquelle la vanne
du dispositif de sécurité est obturée.
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Dans tout ce qui suit, le terme proximal signifie relativement plus
proche de la surface du sol, alors que le terme distal signifie
relativement plus
proche du fond d'un puits ménagé dans le sol.
Le dispositif de sécurité autonome 10 selon l'invention, représenté sur
5 les
Figures 1 à 6, est destiné à être descendu dans un puits de pétrole 12 à
l'aide
de moyens 14 de déploiement au câble.
Le dispositif 10 est placé en un point choisi du puits 12, par exemple
situé à une profondeur comprise entre 10 m et 1000 m, en remplacement d'une
vanne de sécurité défectueuse, ou pour ajouter une vanne intermédiaire de
lo sécurité.
Comme illustré par les Figures 1A et 1B, le puits 12 comprend un
premier conduit 16 appelé cuvelage ménagé dans le sous-sol 18 et un
deuxième conduit ou tube 20 appelé tubage de production calé sensiblement
au centre du premier conduit 16.
Le puits 12 comprend en outre une tête de puits 22 en surface pour
obturer sélectivement le premier conduit 16 et le deuxième conduit 20.
Le deuxième conduit 20 est de longueur inférieure à celle du premier
conduit 16. Il débouche en un point 23 du premier conduit 16 situé dans une
partie distale du puits 12. Des éléments de garnissage 24 annulaires' sont
disposés entre le premier conduit 16 et le deuxième conduit 20 au voisinage du
point 23.
Ces éléments 24 obturent de manière étanche l'espace annulaire 25
défini entre les conduits 16 et 20.
Le deuxième conduit 20 délimite intérieurement une pluralité de
gorges circulaires ou logements annulaires 26A, 26B d'accrochage, désignés par
le terme anglais landing nipple . Ces logements 26A, 26B sont situés en des
points espacés longitudinalement le long du conduit 20.
En variante, le deuxième conduit 20 est dépourvu de logements 26A,
26B, et le dispositif 10 est ancré directement contre une paroi lisse du
conduit 20.
Comme illustré par la Figure 1B, pour l'installation du dispositif 10
dans le puits 12, les moyens de déploiement 14 du dispositif 10 comprennent
une
ligne 30 de travail au câble, un treuil de surface 32 permettant le
déploiement ou
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la rétractation de la ligne 30 dans le puits 12, et des poulies 34
d'orientation de la
ligne 30 montées sur la tête de puits 22.
La ligne 30 est par exemple formée par un câble lisse monobrin de
type corde à piano , communément désigné par le terme anglais slickline ,
avec ou sans isolant électrique sur sa surface extérieure. La ligne 30
comprend,
à son extrémité distale, un train de pose 31 du dispositif 10.
En variante, la ligne 30 est un câble électrique renforcé
mécaniquement, communément désigné par le terme anglais electric line , ou
un câble creux hélicoïdal, communément désigné par le terme anglais coiled
tubing .
Le treuil 32 et les poulies 34 permettent le déploiement de la ligne de
travail 30 successivement dans le deuxième conduit 20, puis dans le premier
conduit 16 à travers la tête de puits 22.
Comme illustré par la Figure 1A, lors de l'exploitation du puits 12, les
moyens de déploiement 14 ont été retirés et le puits 12 comprend des moyens 35
d'émission d'un signal de commande du dispositif de sécurité 10. Dans
l'exemple
représenté, le signal de commande est un signal électromagnétique et les
moyens 35 sont disposés en surface. En variante, ce signal est un signal
acoustique.
Comme illustré par la Figure 2, le dispositif 10 de sécurité comprend
un boîtier de vanne de sécurité 40, des moyens 42 de maintien de la vanne de
sécurité dans une position d'ouverture, et un vérin hydraulique 44
d'actionnement
des moyens de maintien 42. Le dispositif 10 comprend également une centrale
hydraulique 46 fixée de manière amovible à une extrémité distale du boîtier
40, la
centrale 46 comportant des moyens 48 de commande du vérin 44, et des
batteries 49 pour l'alimentation électrique de la centrale 46.
Comme illustré par la Figure 3, le boîtier de vanne 40 comprend un
corps tubulaire 50 d'axe longitudinal X-X' délimitant intérieurement un
passage
longitudinal traversant 52 de circulation d'un fluide pétrolier, des moyens 54
de
liaison au train de pose 31, montés à une extrémité proximale du corps 50, et
des
moyens 56 d'ancrage du dispositif 10 dans le deuxième conduit 20.
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Le boîtier 40 comprend en outre, au voisinage de son extrémité
distale, une vanne d'obturation 58 du passage 52.
Le corps 50 comprend, en se déplaçant depuis une extrémité
proximale, à droite sur la Figure 3, vers une extrémité distale à gauche sur
la
Figure 3, une partie tubulaire proximale 60, une partie centrale 62 de guidage
et
de support de vanne, et une partie distale 64 de liaison à la centrale
hydraulique
46.
Comme illustré par la Figure 3A, la partie médiane 62 définit un
fourreau proximal 66 monté dans la partie tubulaire 60 et délimitant une
surface
lo annulaire transversale 68 dirigée vers le corps 60.
La partie médiane 62 délimite également un épaulement annulaire
distal 70 dirigé vers la partie distale 64 et une surface cylindrique 72 de
guidage
s'étendant entre la surface proximale 68 et l'épaulement distal 70.
La surface cylindrique 72 délimite, entre l'épaulement distal 70 et la
surface proximale 68, un logement annulaire qui reçoit un joint 73
d'étanchéité
proximal.
En se déplaçant distalement le long de l'axe X-X' sur la Figure 3, la
partie tubulaire distale 64 délimite une ouverture latérale 74 d'escamotage
d'un
clapet, qui débouche dans le 'passage 52, un épaulement annulaire 76 orienté
vers l'extrémité distale du corps 40, et un passage latéral 78 de montage de
la
centrale hydraulique débouchant dans le passage de circulation 52. La partie
64
présente à son extrémité distale une ouverture distale qui débouche dans le
passage de circulation 52.
Les moyens de liaison 54 comprennent une tête de réception 80 du
train de pose 31 délimitant un logement 82 interne. La tête 80 est vissée à
l'extrémité proximale de la partie tubulaire 60.
Le logement 82 débouche distalement dans le passage 52 et
proximalement par une ouverture proximale 84. Ainsi un fluide peut pénétrer
dans le passage central 52 du boîtier 40 lorsque le train de pose 31 est
disposé à
l'écart du logement 82.
Les moyens d'ancrage 56 comprennent des mandrins ou chiens
latéraux 86 de verrouillage désignés par le terme anglais lock mandrel .
Les
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chiens 86 font saillie radialement à l'extérieur de la tête 80 et présentent
une
forme complémentaire à celle des logements d'accrochage 26A, 26B ménagés
dans le deuxième conduit 20.
Les moyens d'ancrage 56 comprennent également une garniture
annulaire compressible (non représentée) destinée à réaliser l'étanchéité
entre la
paroi du conduit 20 et la tête 80.
La vanne d'obturation 58 comprend un siège annulaire 88 monté
solidaire du corps 50 dans le passage 52, et un clapet 90 mobile entre une
position d'ouverture du passage 52, et une position d'obturation du passage
52.
La vanne 58 comprend également un ressort de rappel 92 du clapet 90 vers sa
position d'obturation.
Le siège de vanne 88 est fixé dans le passage 52 et réalise une liaison
mécanique entre la partie médiane 62 et la partie tubulaire distale 64. Comme
illustré par la Figure 3A, une surface annulaire proximale 93 du siège s'étend
en
regard de la surface distale 70 de la partie médiane 62. Une surface annulaire
conique distale 94 du siège 88 affleure la paroi de la partie distale 64 au
niveau
de l'ouverture latérale 74 de réception.
Le clapet 90 est mobile en rotation autour d'un axe horizontal
perpendiculaire à l'axe X-X' situé au voisinage de la surface distale 94 du
siège
88.
Dans la position d'ouverture du clapet 90, le clapet 90 s'étend
sensiblement dans le prolongement de la partie tubulaire 64 pour obturer
l'ouverture latérale 74 et libérer le passage 52.
Dans la position d'obturation, représentée sur la Figure 6, le clapet 90
s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X' du
boîtier de vanne 40. Il s'appuie sur la surface annulaire conique distale 94
pour
obturer le passage 52.
Le ressort 92 sollicite en permanence le clapet 90 vers sa position
d'obturation.
Les moyens de maintien 42 de la vanne dans sa position d'ouverture
comprennent un manchon 98 cylindrique monté mobile en translation le long de
l'axe X-X' dans le passage 52, entre une position proximale de repos et une
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position distale d'ouverture de la vanne 58. Les moyens 42 comprennent en
outre, montés sur le manchon 98, un piston distal 100 de pressurisation, une
butée proximale 102 de guidage du manchon, et un ressort hélicoïdal 104 de
rappel du manchon vers sa position proximale.
Le manchon 98 s'étend longitudinalement dans le corps 40 en regard
de la partie tubulaire proximale 60, de la partie médiane 62 et, dans sa
position
proximale, de la partie distale 64. Comme illustré par la Figure 4, il
comprend une
surface extérieure 106 de section transversale sensiblement complémentaire à
la
surface de guidage 72 de la partie médiane 62, de sorte que la partie médiane
62
lo guide le manchon 98 lors de son déplacement entre sa position proximale
et sa
position distale.
Comme illustré par la Figure 3A, la surface 106 délimite avec le siège
88, un espace annulaire 107. Elle comprend une nervure annulaire 107B qui
délimite un logement distal orienté vers le siège 88. Le logement reçoit un
joint
d'étanchéité 108 qui obture distalement l'espace annulaire 107. L'espace 107
est
obturé proximalement par le joint proximal 73.
Le piston annulaire distal 100 est monté coulissant sur la manchon 98
entre la surface extérieure 106 et la partie tubulaire proximale 60. Il
délimite une
surface annulaire distale 110 qui s'étend en regard de la surface proximale
68. Il
délimite par ailleurs une surface annulaire proximale 112 sur laquelle
s'appuie
une extrémité distale du ressort 104.
La butée annulaire proximale 102 est montée solidaire de l'extrémité
proximale du manchon 98. Elle s'étend entre le manchon 98 et la partie
tubulaire
60. La butée 102 coulisse dans la partie tubulaire 60 et délimite une surface
annulaire distale 114 sur laquelle s'appuie l'extrémité proximale du ressort
104.
La butée 102 comprend un joint de raclage 115 disposé en appui sur la partie
tubulaire 60.
Dans la position proximale du manchon 98, représentée sur la Figure
6, le joint 108 s'étend au voisinage de la surface proximale 93 du siège 88.
Par
ailleurs, la butée 102 est située au voisinage de la tête de réception 80. La
distance qui sépare le piston 100 et la butée 102 est alors maximale. Le
ressort
104 est précontraint, de sorte qu'il exerce une force de rappel minimale sur
le
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piston 100 et sur la butée 102. Dans cette position, la nervure annulaire 107B
du
manchon 98 bute contre l'épaulement 70.
Dans cette position, le bord distal du manchon 98 est disposé en
regard du siège 88, proximalement par rapport au clapet 90.
5 Dans la position distale du manchon 98, représentée sur la Figure 3,
la
distance entre le piston 100 et la butée 102 est minimale et la compression du
ressort 104 est maximale de sorte qu'il exerce une force de rappel maximale
sur
le piston 100 et sur la butée 102.
Dans cette position, une partie distale du manchon 98 s'étend en
10 regard de l'ouverture latérale 74. Le bord distal du manchon 98 s'appuie
sur
l'épaulement de butée 76 de la partie distale 64. Le manchon 98 couvre le
clapet
90. Par ailleurs, le joint 108 est éloigné distalement de la surface proximale
93 du
siège 88 de vanne.
Comme illustré par les Figures 3 à 6, le vérin hydraulique 44 comprend
une chambre 120 de mise en pression, et une bâche 122 de réserve et de
refoulement qui sont raccordées hydrauliquement à la centrale 46 par des
conduites respectives de raccordement 124A, 124B. La bâche 122 et la chambre
120 contiennent un fluide hydraulique de commande du vérin 44.
La chambre 120 comprend un espace intermédiaire 121 de volume
constant et l'espace annulaire 107 de volume variable.
L'espace intermédiaire 121 s'étend entre le corps 50 et le manchon
98. Il est délimité proximalement par l'épaulement distal 70 de la partie
médiane
62, par la surface proximale 93 du siège 88, et par la surface extérieure 106
du
manchon. L'espace 121 est raccordé à l'espace annulaire 107.
Dans la position proximale du manchon 98, la distance entre le joint
proximal 73 et le joint distal 108 est minimale et le volume de la chambre 120
est
minimal. Dans la position distale du manchon 98, cette distance est maximale
et
le volume de la chambre 120 est maximal.
La bâche 122 s'étend entre le corps 50 et le manchon 98
proximalement par rapport à la chambre 120. Elle est délimitée par la partie
tubulaire proximale 60, par la surface proximale 68 de la partie médiane 62,
par
la surface 106, et par la surface distale 110 du piston 100.
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Le volume de la bâche 122 dépend de la position longitudinale du
piston 100 le long du manchon 98 et du corps 50.
Comme illustré par la Figure 2, les conduites 124A, 124B s'étendent à
l'extérieur du corps 50 le long de ce corps. Elles débouchent distalement au
niveau du passage latéral 78 de montage de la centrale 46. Par ailleurs, la
conduite de raccordement distale 124A débouche proximalement dans l'espace
intermédiaire 121 de la chambre 120 à travers la partie médiane 62. La
conduite
de raccordement proximale 124B débouche proximalement dans la bâche 122 à
travers la partie médiane 62.
Comme illustré par la Figure 5, la centrale 46 comprend un boîtier
tubulaire 125 recevant une électro-pompe hydraulique 126 et une conduite 128
de mise en pression sélective de la chambre 120, raccordant l'électro-pompe
126
à la conduite de raccordement distale 124A.
Le boîtier tubulaire 125 fait saillie distalement à l'extérieur du corps 50
le long de l'axe X-X'. Son extrémité proximale est introduite dans l'ouverture
distale de la partie distale 64 et reçue dans le passage de montage 78, pour
sa
fixation à la partie distale 64 du corps 50.
L'électro-pompe 126 raccorde la conduite de raccordement proximale
124B à une entrée de la conduite 128, pour relier la bâche 122 à la conduite
128.
La conduite de mise en pression 128 comprend, d'amont en aval,
depuis l'électro-pompe 126 vers la chambre 120, un clapet anti-retour à fuite
nulle 130, et une partie amont 128A sur laquelle sont piquées une conduite de
sécurité 132 et une première conduite de décharge 134 reçues dans le boîtier
125. La conduite 128 comprend en outre une partie aval 128B sur laquelle sont
piquées une conduite de décharge rapide 136 et un accumulateur 138, reçus
dans le boîtier tubulaire 125.
La conduite de sécurité 132 est piquée sur la partie amont de la
conduite de mise en pression 128 à la sortie du clapet 130. Elle débouche à
l'entrée de la conduite de raccordement proximale 124B. La conduite de
sécurité
132 est munie, d'amont en aval, d'un manocontact 140 et d'un clapet de
surpression 142.
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La première conduite de décharge 134 est piquée sur la partie amont
128A de la conduite 128 en aval de la conduite 132. La conduite 134 est munie
d'une électrovanne pilotée 144 de sécurité, normalement ouverte, qui débouche
dans la conduite de raccordement proximale 124B.
L'électrovanne 144 est raccordée électriquement aux moyens de
commande 48.
La conduite de décharge rapide 136 est piquée sur la conduite de
mise en pression 128 par l'intermédiaire d'un clapet de dérivation 146,
délimitant
la partie amont 128A et la partie aval 128B sur la conduite 128.
Le clapet 146 comprend une entrée primaire 148 et une sortie primaire
150 débouchant respectivement dans la partie amont 128A de la conduite de
mise en pression 128 vers l'électro-pompe 126, et dans la partie aval 128B de
la
conduite 128 vers la chambre 120. Le clapet 146 comprend en outre une sortie
secondaire 152 raccordée à la conduite de décharge rapide 136.
Lorsque la pression qui règne au niveau de l'entrée primaire 148 est
supérieure ou sensiblement égale à la pression qui règne au niveau de la
sortie
primaire 150, la sortie secondaire 152 est obturée, de sorte que l'entrée
primaire
148 est raccordée hydrauliquement à la sortie primaire 150.
Au contraire, lorsque la pression qui règne au niveau de l'entrée
primaire 148 est inférieure à la pression qui règne au niveau de la sortie
primaire
150, l'entrée primaire 148 est obturée et la sortie primaire 150 est raccordée
hydrauliquement à la sortie secondaire 152 et donc à la bâche 122, par
l'intermédiaire de la conduite 124B.
La section d'écoulement minimale à travers la partie aval 128B, la
sortie secondaire 152 et à travers la conduite de décharge rapide 136 est très
supérieure à la section d'écoulement maximale à travers la partie amont 128A,
l'électrovanne 144 et à travers la première conduite de décharge 134, par
exemple au moins deux fois supérieure.
Comme illustré par la Figure 2, les moyens de commande 48 sont
reçus dans le boîtier tubulaire 125. Ils comprennent un récepteur 154 et une
unité
156 de commande du vérin 44.
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Le récepteur 154 est apte à recevoir un signal de commande
d'ouverture de vanne émis depuis la surface et à transmettre un ordre à
l'unité de
commande 156, pour le maintien du clapet 90 dans sa position d'ouverture, tant
que le signal de commande est reçu par le récepteur 154.
Le récepteur 154 est également apte à recevoir un signal de mise
sous silence temporaire du puits 12 et à transmettre un ordre à l'unité de
commande 156, pour maintenir temporairement le clapet 90 dans sa position
d'ouverture même en l'absence de signal d'ouverture de vanne.
L'unité de commande 156 est reliée électriquement à l'électrovanne
144, à l'électro-pompe 126, et au manocontact 140 pour la commande du vérin
44.
Le fonctionnement du dispositif autonome de sécurité 10 selon
l'invention, pour remplacer une vanne défectueuse dans le puits 12 va
maintenant être décrit.
Initialement, un boîtier de vanne 40 de dimension adaptée pour
s'insérer dans le deuxième conduit 20 est sélectionné.
Une centrale hydraulique 46 commune à des boîtiers de vanne 40 de
diamètres différents est fixée dans le passage latéral 78 et est raccordée
hydrauliquement aux extrémités distales des conduites 124A et 124B.
Le dispositif autonome 10 selon l'invention est ainsi formé.
Puis, en référence à la Figure 1B, les moyens de déploiement 14 sont
disposés sur la tête de puits 22. Le train de pose 31 est monté sur la tête de
réception 80 à l'extrémité proximale du boîtier de vanne 40.
Le boîtier de vanne 40, les moyens de maintien 42, le vérin
hydraulique 44 d'actionnement et. la centrale hydraulique 46 solidaires du
boîtier
40, formant le dispositif* 10, sont alors introduits dans le deuxième conduit
20 et
sont ainsi descendus simultanément sous la commande de la ligne de travail au
câble 30.
Lorsque le dispositif 10 atteint une position désirée dans le deuxième
conduit 20, par exemple lorsque les moyens d'ancrage 56 sont disposés en
regard d'un logement d'accrochage 26B, la ligne de travail au câble 30 est
stoppée.
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Les moyens d'ancrage 56 sont alors activés par l'opérateur pour
bloquer en position le boîtier 40 dans le conduit 20.
A cet effet, les chiens d'accrochage 86 sont insérés dans les
logements 26B et une liaison étanche est réalisée entre le boîtier 40 et le
deuxième conduit 20.
Puis, le train de pose 31 est libéré des moyens de liaison 54, pour
dégager l'ouverture 84 à l'entrée du passage 52. Les moyens de déploiement 14
sont alors retirés (Figure 1A).
Le clapet 90 est maintenu dans sa position d'obturation du passage
lo 52, le manchon 98 étant dans sa position proximale.
Le dispositif de sécurité 10 obture alors le deuxième conduit 20 de
manière étanche.
Dès que l'opérateur du puits souhaite ouvrir le deuxième conduit 20, il
active les moyens d'émission 35 en surface pour émettre un signal de commande
d'ouverture de vanne.
Lorsque le récepteur 154 reçoit le signal de commande d'ouverture de
vanne, il transmet un ordre d'activation à l'unité de commande 156. L'unité
156
active alors l'électro-pompe 126 et l'électrovanne 144 pour introduire dans la
chambre 120 une partie du liquide contenu dans la bâche 122. Le volume de la
bâche 122 diminue, ce qui provoque le déplacement distal du piston 100.
A cet égard, l'amorçage de l'électro-pompe 126 est favorisé par la
présence du ressort de rappel 104 précontraint qui appuie sur le piston 100
lorsque le manchon 98 est dans sa position proximale, pour comprimer
légèrement le fluide contenu dans la bâche 122.
Une fois l'électro-pompe 126 amorcée et l'électrovanne 144 fermée, la
pression dans la chambre 120 augmente et s'applique dans l'espace annulaire
107, entre le joint proximal 73 et le joint distal 108, ce qui provoque le
déplacement du manchon 98 vers sa position distale, à l'encontre du ressort de
rappel 104 qui se comprime entre le piston 100 et la butée 102.
Lors de ce déplacement, le bord distal du manchon 98 pousse le
clapet 90, et le déplace de sa position d'obturation à sa position
d'ouverture, à
l'encontre du ressort de sollicitation 92.
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Lorsque le manchon 98 a atteint sa position en butée contre
l'épaulement de butée 76, le clapet 90 est calé contre la partie distale 64 et
obture l'ouverture latérale 74, comme illustré par la Figure 3.
Par ailleurs, la pression dans la chambre 120 augmente jusqu'à une
5
valeur seuil détectée par le manocontact 140 et transmise à l'unité 156.
Lorsque
l'unité de commande 156 détermine que la pression dans la chambre 120 est
supérieure à la valeur seuil, elle coupe l'électro-pompe 126.
L'électrovanne 144 est maintenue obturée tant que le récepteur 154
reçoit un signal de commande d'ouverture de vanne.
10 Si la
pression dans la chambre 120 diminue en dessous d'une valeur
de redémarrage de l'électro-pompe 126, l'unité de commande 156 active de
nouveau l'électro-pompe 126 pour remonter la pression dans la chambre 120
jusqu'à la valeur seuil.
Toutefois, la présence d'un clapet anti-retour à fuite nulle 130 diminue
15 le
temps de fonctionnement de l'électro-pompe 126 et augmente l'autonomie du
dispositif 10.
L'accumulateur 138 permet de compenser les variations de pression
dans la chambre 120, dues notamment aux variations de température dans le
boîtier 40.
En cas d'incident en surface, le signal de commande d'ouverture de
vanne émis par les moyens d'émission 35 est coupé.
Dès que le récepteur 154 ne reçoit plus ce signal, l'unité de
commande 156 détermine si un signal de mise sous silence temporaire a été
émis avant la coupure du signal de commande d'ouverture de vanne. En
l'absence d'un tel signal de mise sous silence, l'unité de commande 156
désactive l'électrovanne 144 qui reprend alors sa position normalement
ouverte.
En référence à la Figure 5, le fluide contenu dans la partie amont 128A
de la conduite 128, en amont de l'entrée primaire 148 du clapet de décharge
rapide 146 est alors réintroduit dans la bâche 122 via la première conduite de
décharge 134 et la conduite de raccordement proximale 124B.
La pression qui règne au niveau de l'entrée primaire 148 diminue donc
à une valeur inférieure à celle qui règne à la sortie primaire 150.
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Par suite, la sortie secondaire 152 du clapet de décharge rapide 146
s'ouvre, et l'entrée primaire 148 se ferme. Le fluide contenu dans la chambre
de
mise en pression 120 se décharge donc très rapidement dans la bâche 122 via la
partie aval 128B de la conduite 128, la sortie primaire 150, la sortie
secondaire
152, la conduite de décharge rapide 136 et la conduite de raccordement
proximale 124B.
La pression dans la chambre 120 diminuant rapidement, le ressort de
rappel 104 déplace le manchon 98 vers sa position proximale de manière très
rapide. On notera qu'un seul ressort 104 est nécessaire pour pressuriser la
bâche 122 lorsque la pompe 104 est désactivée, et pour permettre le rappel du
manchon 98 vers sa position proximale en cas d'incident en surface. La
longueur
du boîtier 40 est ainsi diminuée. Par ailleurs, le volume de la bâche 122
augmentant après l'ouverture du clapet de décharge rapide 146, la différence
de
longueur du ressort 104 en appui proximal sur le piston 100 entre la position
proximale et la position distale du manchon 98 est inférieure à la course du
manchon 98 entre ces positions.
Le ressort de sollicitation 92 ramène alors le clapet 90 dans sa position
d'obturation en travers du passage 52, comme illustré par la Figure 6. Le
puits 12
est ainsi mis en sécurité.
Si toutefois l'opérateur a émis, avant la coupure du signal d'ouverture
de vanne, un signal de mise sous silence temporaire préalablement programmé,
l'unité de commande 156 maintient pendant un temps déterminé l'électrovanne
144 obturée et la chambre 120 sous pression, malgré l'absence de signal de
commande. Le clapet 90 reste donc en position d'ouverture.
Ce mode de fonctionnement préserve la production du puits 12, même
si une intervention qui requiert l'absence de tout signal de commande doit
être
réalisée sur un autre puits voisin.
Si un signal de commande est à nouveau émis, l'unité de commande
156 est réinitialisée, de sorte que la coupure du signal de commande provoque
à
nouveau la fermeture du clapet 90.
Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, il est possible de disposer
d'un dispositif de sécurité autonome 10 facilement installé et ancré dans un
puits
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12 par une ligne de travail au câble 30. Ce dispositif comprend un boîtier de
vanne 40, des moyens 42 de maintien de la vanne dans une position d'ouverture,
et des moyens d'actionnement hydraulique 44, 46 des moyens de maintien 42,
solidaires du boîtier 40, pour leur déplacement simultané dans le puits 12.
Un tel dispositif 10 est utilisable en un point quelconque du puits 12,
sans qu'il soit nécessaire d'amener des lignes de commande hydrauliques ou
électriques, soit en remplacement d'une vanne défectueuse existante dans le
puits 12, soit pour installer une nouvelle vanne dans le puits 12 sans avoir à
remonter le tubage de production.
lo La
disposition de la centrale hydraulique 46 sous le boîtier de vanne
dégage le passage de circulation de fluide 52 à l'intérieur du boîtier de
vanne et
ouvre un passage 52 de diamètre suffisant pour la production d'hydrocarbures
ou
le passage d'outils jusqu'au clapet 90.
La structure de la centrale hydraulique 46 est adaptée pour son
raccordement à des boîtiers de vanne 40 de diamètres différents. Par ailleurs,
sa
structure est peu consommatrice d'énergie, pour un fonctionnement autonome du
dispositif 10 d'une longue durée, comprise entre 6 mois et 2 ans sans qu'il
soit
nécessaire de remonter le dispositif 10 à la surface.
