FR2890099A1 - Dispositif de securite pour un puits de petrole et installation de securite associee. - Google Patents

Abstract

Le dispositif comprend un boîtier de vanne (40) délimitant un passage (52) de circulation du fluide. Le boîtier (40) comprend une vanne (58) d'obturation du passage, mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture, et des moyens de sollicitation permanente de la vanne vers sa position de fermeture. Le boîtier (40) comprend des moyens libérables (54) de liaison à une ligne de travail au câble destinée à déplacer le boîtier (40) dans le conduit. Le dispositif comprend des moyens rétractables (42) de maintien de la vanne (58) dans sa position d'ouverture et des moyens hydrauliques (44, 46) d'actionnement des moyens de maintien (42) pour activer ces moyens (42) lorsqu'un signal de commande d'ouverture de vanne est reçu. Les moyens de maintien (42) et les moyens d'actionnement (44, 46) sont solidaires du boîtier (40) pour leur déplacement simultané sous la commande de la ligne.

Description

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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 5 de circulation du fluide et comprenant: É une vanne d'obturation du passage, mobile entre une position d'ouverture du passage et une position de fermeture du passage; É des moyens de sollicitation permanente de la vanne vers sa position de fermeture; et i0 É 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 is 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 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 5 électromagnétiques, la vanne est maintenue en position d'ouverture 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 io 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 is 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.

Le dispositif selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles - les moyens d'actionnement comprennent un vérin hydraulique et une centrale hydraulique de commande du vérin; - 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; 2890099 3 - 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 i0 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; - 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 cidessus; et io - 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 15 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 20 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.

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 o 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 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 io 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 is 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.

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 10 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 15 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 25 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 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 5 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.

io 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 20 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 XX' 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 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.

s 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 io 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 is 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 piston 100 et sur la butée 102. Dans cette position, la nervure annulaire 1076 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.

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 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 20 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.

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.

i0 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'électropompe 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.

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.

s 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.

is 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 30 reçus dans le boîtier tubulaire 125. Ils comprennent un récepteur 154 et une unité 156 de commande du vérin 44.

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 l0 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.

is 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.

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 5 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 io 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 15 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.

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 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.

o 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.

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 io 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 30 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 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.

to 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.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1.- Dispositif (10) de sécurité pour un puits (12) d'exploitation de fluides, du type comprenant: - un boîtier de vanne (40) destiné à être fixé de manière étanche à 5 l'intérieur d'un conduit (20) de circulation d'un fluide, le boîtier (40) délimitant un passage (52) de circulation du fluide et comprenant: É une vanne (58) d'obturation du passage, mobile entre une position d'ouverture du passage (52) et une position de fermeture du passage (52) ; lo des moyens (92) de sollicitation permanente de la vanne (58) vers sa position de fermeture; et É des moyens (54) de liaison du boîtier (40) à un organe (31) de raccordement à une ligne de travail au câble (30) destinée à déplacer et à ancrer le boîtier (40) dans le conduit (20) ; - des moyens (42) de maintien de la vanne (58) dans sa position d'ouverture à l'encontre des moyens de sollicitation permanente (92), les moyens de maintien (42) comprenant au moins un organe (98) de déplacement de la vanne (58), mobile dans le boîtier de vanne (40) entre une position de repos et une position active de sollicitation de la vanne (58), et un organe de rappel (104) permanent de l'organe de déplacement (98) vers sa position de repos; et - des moyens (44, 46) d'actionnement hydraulique des moyens de maintien (42), 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 (44, 46), et pour désactiver les moyens de maintien en l'absence dudit signal; caractérisé en ce que les moyens de maintien (42) et les moyens d'actionnement (44, 46) sont solidaires du boîtier (40) pour leur déplacement simultané sous la commande de la ligne de travail au câble (30).

2.- Dispositif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 30 moyens d'actionnement (44, 46) comprennent un vérin hydraulique (44) et une centrale hydraulique (46) de commande du vérin (44).

3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la centrale hydraulique (46) fait saillie au moins partiellement par rapport au boîtier (40), à l'extérieur du passage de circulation (52), le passage de circulation (52) étant dégagé entre les moyens de liaison (54) et la vanne (58).

4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la centrale hydraulique (46) est amovible par rapport au boîtier de vanne (40), le boîtier de vanne (40) comprenant des moyens (78) de réception de la centrale (46).

5.- Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, io caractérisé en ce que le vérin (44) comprend: - une chambre (120) de mise en pression d'un fluide de commande, la chambre (120) recevant une partie (108) de l'organe de déplacement (98) de la vanne (58) ; et - une bâche (122) de réserve et de décharge du fluide de commande, is et en ce que la centrale hydraulique de commande (46) comprend: - une pompe (126) d'amenée de fluide de commande dans la chambre de mise en pression (120) ; - une conduite (128) de mise en pression raccordant la chambre de mise en pression (120) à la bâche de décharge (122) ; et - une première conduite de décharge (134) piquée sur la conduite de mise en pression (128) munie d'une vanne de décharge (144) ouverte en l'absence du signal de commande, et fermée en présence dudit signal.

6.- Dispositif (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de rappel (104) sollicite un piston (100) de pressurisation de la bâche (122).

7.- Dispositif (10) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (44, 46) comprennent une conduite (136) de décharge rapide, piquée sur la conduite de mise en pression (128), la conduite de décharge rapide (136) étant munie d'un organe d'obturation (146) libérable lorsque la vanne de décharge (144) est ouverte.

8.- Dispositif (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la section maximale de la première conduite de décharge (134) et de la partie amont (128A) de la conduite de mise en pression (128) située en amont de l'organe d'obturation libérable (146) est inférieure à la section minimale de la conduite de décharge rapide (136) et de la partie aval (128B) de la conduite de mise en pression (128) située en aval de l'organe d'obturation libérable (146).

9.- Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (44, 46) comprennent un accumulateur (138) de fluide de commande raccordé à la chambre de mise en pression (120).

10.- Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, lo caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (44, 46) comprennent un clapet anti-retour (130) à fuite nulle, interposé entre la pompe (126) et la chambre de mise en pression (120).

11.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que la centrale hydraulique (46) comprend des moyens de 15 commande (48) du vérin (44), les moyens de commande (48) comprenant: un récepteur (154) ; - une unité de commande (156) apte à piloter le vérin (44) pour activer les moyens de maintien (42) lorsqu'un signal de commande d'ouverture de vanne est reçu par le récepteur (154), et pour désactiver les moyens de maintien (42) en l'absence dudit signal.

14.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'unité de commande (156) est apte à piloter le vérin (44) pour activer au moins temporairement les moyens de maintien (42) en l'absence de signal d'ouverture de vanne, après réception d'un signal de mise sous silence par le récepteur (154).

15.- Dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (56) d'ancrage libérables du boîtier (40) dans le conduit (20), portés par le boîtier (40).

16.- Installation de sécurité pour un puits (12) d'exploitation de fluides comprenant un conduit (20) de circulation de fluide, l'installation comportant: - un dispositif (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et - des moyens (30, 31) de déploiement du dispositif (10) dans le conduit comprenant une ligne de travail au câble (30) raccordée aux moyens de liaison (54).