CA1229042A - Vanne de securite pour puits petrolier - Google Patents
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Abstract
Vanne de sécurité comportant un corps de vanne de forme générale cylindrique, un organe d'obturation à la partie inférieure de ce corps, et un coulisseau cylindrique capable de coulisser longitudinalement à l'intérieur dudit corps et d'entraîner dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation. Un système de verrouillage est disposé dans des logements radialement extérieurs du corps et comprend une pièce d'accrochage radialement extensible, apte à s'encastrer, à l'état expansé, dans une gorge d'arrêt extérieure au corps. Deux garnitures d'étanchéité, l'une supérieure, l'autre inférieure sont disposées dans des régions radialement extérieures du corps et formant entre elles un espace destiné à recevoir un fluide de commande. Ces deux garnitures d'étanchéité sont disposées de part et d'autre longitudinalement du système de verrouillage.
Description
~229~
La presente invention concerne une vanne de securite devant être installee dans un raccord-receptacle (dit ~nipple~) d'un tube de production de puits petrolier pour obturer le passage dans ce tube de l'effluent produit:
petrole ou gaz.
Les vannes de securite actuellement utilisées sont munies d'un système de verrouillage monté à la partie supérieure du corps de vanne pour verrouiller celui-ci dans une gorge d'arrêt du raccord-réceptacle du tube de production et de deux garnitures d'étanchéité disposees en dessous du système de verrouillage et s'appliquant contre deux portees lisses internes du raccord-receptacle entre les~uelles debouche une entree du fluide de commande de la vanne.
Cette disposition presente l'inconvenient gue les vannes de securite constituent des organes d'une assez grande longueur et qu'elles reduisent sensiblement la sec-tion de passage du fluide du fait que leur partie active se trouve entierement placée sous la gorge d'arrêt du raccord-réceptacle, c'est-à-dire dans une portion rétrécie de celui-ci. Il en résulte des pertes de charge importantes.
D'autre part, le système de verrouillage est soumis à l'ac-tion corrosive de l'effluent.
Un objectif de l'invention est ainsi de proposer une vanne de sécurité de longueur réduite, offrant une sec-tion accrue au passage du fluide produit, de sorte que les pertes de charge occasionnées par l'existence de la vanne et le coût de cette vanne soient réduits. Un objectif de l'invention est aussi de protéger le systeme de verrouil-lage de toute action corrosive.
Selon la presente invention il est prévu unevanne de securite qui comporte: un corps de vanne de forme generale cylindrique, un organe d'obturation a la partie inferieure de ce corps, un coulisseau cylindrique capable ~,, . .f ~ ~.
~L2~9~)42 de coulisser longitudinalement a l'intérieur dudit corps et d'entralner dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation, un systeme de verrouillage dispose dans des logements radialement exterieurs dudit corps et comprenant une piece d'accrochage radialement extensible~
apte a s'encastrer, a l'etat expanse, dans une gorge d'arrêt exterieure audit corps, et deux garnitures d'etancheite, l'une superieure, l'autre inférieure, disposées dans des régions radialement extérieures dudit corps et formant entre elles un espace destiné a recevoir un fluide de com-mande, vanne dans laquelle les deux garnitures d'étanchéite sont disposees de part et d'autre longitudinalement du systeme de verrouillage.
Le systeme de verrouillage se trouve ainsi baigné
par le fluide de commande, generalement de l'huile hydrau-lique, et la vanne n'est qu'en partie disposee dans la partie plus etroite du tube de production situee en dessous de la gorge d'arrêt.
De preférence, le coulisseau cylindrique est solidaire d'une part d'une cage de piston s'appuyant de maniere etanche contre le corps de vanne et disposee au-dessus du système de verrouillage, sur laquelle agit le fluide de commande pour la descente du coulisseau cylindri-que et d'autre part d'une bague d'appui egalement disposee au-dessus du systeme de verrouillage et sur laquelle agit un ressort de rappel tendant a faire monter le coulisseau cylindrique. Cette disposition permet de tirer encore un plus grand avantage de l'installation du systeme de ver-rouillage entre les deux garnitures d'étanchéité en ce qui 3~ concerne l'accroissement de section pour le passage de l'effluent produit.
De préférence, le ressort de rappel est disposé
au-dessus de la garniture d'étanchéite supérieure, dans un volume annulaire entre corps de vanne et coulisseau cylin-~ZZ9 [342 drique delimite par un joint d'etancheite superieur portepar le corps de vanne et en contact avec une portion superieure du couIisseau cylindrique et par un joint d'étan-cheite inferieur porte par le corps de vanne et en contact avec une portion inferieure du couIisseau cylindrique le long d'une circonference de diamètre superieur à celui de la circonference de contact entre le joint superieur et ladite portion superieure du coulisseau cylindrique, ce volume annulaire etant destine à être baigne par le fluide de commande.
La pièce d'accrochage peut etre constituee par une bague elastique ~ profil exterieur adapte au profil de la gorge d'arrêt dans laquelle elle doit s'encastrer et à
denture interne, tandis que le corps de vanne comporte un premier logement destine à recevoir cette pièce d'accrochage en position non expansee et en position non pleinement active de celle-ci, ce premier logement etant borde infe-rieurement par un organe de retenue qui est prevu pour retenir radialement et longitudinalement la pièce d'accro-chage et qui est solidaire du corps de vanne et superieure-ment par un organe d'extension gui est dispose dans ~ln deuxième logement du corps de vanne, qui est apte à s'inse-rer dans la pièce d'accrochage pour en parfaire l'expansion et qui est muni d'une denture externe apte à s'engager avec la denture interne de la pièce d'accrochage.
De preference, les dentures de la pièce d'accro-chage et de l'organe d'extension sont des filets helicoidaux à hélice à gauche.
Le deuxième logement a avantageusement un fond radialement interne percé d'ouvertures traversées par des clavettes de maintien radial de l'organe d'extension et bordées par ledit coulisseau cylindrique contre lequel ces pièces de maintien s'appuient, tandis que ledit coulisseau cylindrique est percé dans une région inférieure de lumières , ~.
._.J
122~42 aptes à revenir en face desdites ouvertures si le coulisseau cylindrique est remonte dans une position haute maximale de repêchage, qu'il ne peut atteindre qu'apres avoir cisaille une butee cisaillable, de fonctionnement normal de la vanne, montee sur le corps de vanne.
Dans le cas ou la vanne est installee dans un raccord-receptacle non consu specialement pour elle, il n'existe pas de portee lisse interne au-dessus de la gorge d'arrêt dans le raccord-receptacle et l'on realise alors la garniture d'etancheite superieure disposee au-dessus du système de verrouillage, en un materiau elastique plein qui, comprime, s'applique fortement contre le raccord-receptacle du tube de production. Le tube d'espacement est alors avantageusement fixe sur le corps de vanne, par une goupille cisaillable, dans une position et sur une lon-gueur telles qu'il heurte la piece d'accrochage si celle-ci est retenue dans un mouvement descendant du corps de vanne et qu'après cisaillement de cette goupille, il comprime la garniture d'etancheite superieure en s'appuyant sur la pièce d'accrochage.
Dans le cas d'un puits petrolier à remontee de l'effluent par allegement au gaz de la colonne de l'effluent, dans lequel on installe un tube interne à l'interieur du tube de production de manière a disposer d'un passage interne au tube interne et d'un passage annulaire entre le tube interne et le tube de productionj l'un de ces passages ser-vant à une injection de gaz d'allegement et l'autre a la montee de l'effluent allegé, l'invention s'applique de manière particulièrement avantageuse du fait qu'il est alors primordial de disposer de sections de passage aussi grandes que possible.
Dans un tel cas, si l'on fixe la vanne de securite vers l'extrémit~ inférieure du tube interne et si l'on uti-lise comme organe d'obturation un clapet, le tronçon tubu-~: - 4 -:
~L2~1D42 laire coaxial est de préference fixe sur le corps de vanne en dessous du clapet, et une portion tubulaire inter-mediaire, coulissant, d'une part, de manière telescopique et etanche, en haut, le long du tube interne dont l'extre-mite inferieure se trouve a une certaine distance au-dessus du clapet et apte, d'autre part, a coulisser de maniere telescopique et etanche, en bas, le long dudit tronçon tubulaire, est entralne en deplacement longitudinal par le coulisseau cylindrique et a une longueur telle que, suivant la position haute ou basse du coulisseau cylindrique, elle puisse etre soit entierement située au-dessus du clapet fermé soit engagée avec ledit tronçon tubulaire, le clapet étant alors ouvert.
D'autres particularités et avantages de l'inven-tion ressortiront de la description d'exemples de realisa-tion qui vont etre donnes, a titre non limitatif, en se referant au dessin joint dans lequel:
les Fig. l et 2 representent de haut en bas une vanne de sécurité installée dans un raccord-réceptacle de tube de production, en demi-coupe axiale;
la Fig. 3 est une vue analogue d'une portion de la vanne de sécurite et du raccord-receptacle au cours de la descente de la vanne de sécurité dans le raccord-réceptacle;
la Fig. 4 est une vue analogue partielle de la vanne de sécurite et du raccord-réceptacle au moment o~ la piece d'accrochage est déja engagée dans la gorge d'arrêt mais sans y etre encore verrouillee;
la Fig. 5 est une vue éclatee en perspective de la piece d'accrochage et d'un organe d'extension de celle-ci;
la Fig. 6 est une coupe axiale d'une variante de l'organe d'obturation; et les Fig. 7, 8 et 9 sont une vue analogue a celle ., .
1229~42 des Fig. 1 et 2 dans le cas où la vanne de sécurite est adaptee à la reception d'un tube interne pour allègement au gaz de la colonne d'effluent.
Les Fig. 10, 11 et 12 représentent de haut en bas, en coupe verticale, une vanne de securite installee dans un raccord-receptable de tube de production; la Fig. 13 repre-sente une coupe transversale selon la ligne 13-13 de la Fig.
11; la Fig. 14 est une demi-coupe verticale du système de verrouillage et de la garniture superieure lors de la des-cente de la vanne dans un tube de production; la Fig. 15est une demi-coupe verticale du système de verrouillage au debut de la phase d'ancrage; la Fig. 16 est une coupe verti-cale de l'organe d'obturation en position diouverture; la Fig. 17 est une coupe verticale de la partie supérieure d'une vanne de securite avec tube interne solidaire du cou-lisseau cylindrique et la Fig. 18 est une coupe verticale de la suspension inferieure recevant les extremites du tube interne et du coulisseau cylindrique en position d'ouverture de la vanne.
Sur les Fig. 1 et 2, on a represente en demi-coupe, une portion d'un tube de production 1 comprenant une succession d'elements tubulaires tels que 2, 3, 4 et un raccord-receptacle 5. Ce tube de production 1 est installe de manière connue à l'interieur d'un puits petrolier non represente. Le raccord-receptacle 5 comporte une gorge interne d'arret 6 à sa partie superieure et au-dessous de la gorge d'arret 6 deux portees lisses, l'une superieure 7, l'autre inferieure 8, separees par un evidement 9 dans le-quel un fluide de commande, generalement de l'huile hydrau-li~ue, peut etre introduit par un orifice menage dans la paroi du raccord-receptacle 5.
Une vanne de securite 11 est descendue dans ce tube de production. Elle comprend un corps de vanne 12 qui porte à sa partie inferieure un organe d'obturation 13, 9~
constitue par un clapet dans l'exemple represente sur la fi.gure 2, et latéralement deux garnitures d'étanchéité, l'une supérieure 14 constituée par un élément plein en un matériau élastomere et l'autre inférieur 15 constituée par un ensemble de chevrons. La garniture d'etanchéité infé-rieure 15 s'applique contre la portee lisse inferieure 8 et la garniture d'étanchéité superieure 14 contre la paroi interne de l'élément tubulaire 3, la portée lisse supérieure 7 du raccord-réceptacle 5 n'étant pas utilisée contrairement aux installations classiques de vannes de securite. Bien entendu, il est possible de remplacer le raccord-receptacle 5, de type classique, du tube de production 1 par un rac-cord-receptacle consu specialement pour une vanne de sécurite 11 du type decrit ici et comportant une portée lisse supérieure située au-dessus de la gorge interne d'arrêt, ce qui permet d'utiliser des garnitures d'etan-chéité 14 et 15 l'une et l'autre du type à chevrons.
Le corps de vanne 12 comprend de haut en bas les portions suivantes vissées les unes aux autres: une portion supérieure 16 radialement extérieure, une premiere portion médiane 17 radialement interieure, une deuxieme portion mediane 18 radialement médiane, une portion inferieure 19 radialement interieure et une portion 20 support d'organe d'obturation.
Un coulisseau cylindrique 21, installé a l'inté-rieur du corps de vanne 12, se termine a sa partie supe-rieure par une bague d~appui 22 sur la face inférieure de laquelle agit un ressort de compression 23 disvosé dans l'espace annulaire 24 compris entre le coulisseau cylindri-que 21 et la portion supérieure 16 du corps de vanne 12 et reposant sur la premiere portion médiane 17 de ce corps de vanne. La position haute normale de la bague d'appui 22 et, par suite, du coulisseau cylindrique 21 est définie par une butee annuIaire 25 retenue dans la region superieure de la 12;~9~42 portion superieure 16 au corps de vanne 12 par une gou-pille cisaillable 26. La premiere portion mediane 17 du corps de vanne 12 sert d'une part d'appui au ressort 23 et d'autre part de support pour la garniture d'etancheite superieure 14.
La deuxieme portion médiane 18 du corps de vanne 12 delimite avec l'element tubulaire 3 du tube de produc-tion 1 un espace annulaire 27 dans lequel est insere avec un certain jeu transversal un tube espaceur 28 qui est retenu par une goupille cisaillable 29 sur le corps de vanne 12 et dont le rôle est, apres cisaillement de la gou-pille 29, de comprimer la garniture d'etancheite superieure pour l'appliquer contre l'element tubulaire 3, comme on l'expliquera plus loin. Cette deuxième portion mediane 18 delimite avec le coulisseau cylindrique 21 un espace annu-laire 30 qui est situe en dessous de la premiere portion mediane 17 du corps de vanne 12 le separant de l'espace annulaire 24 et dans lequel peut se deplacer une cage de piston 31 solidaire du coulisseau annulaire 21. Cette cage de piston 31 separe de maniere etanche l'espace annulaire 30 en une partie superieure communiquant avec l'orifice 10 par l'intermediaire d'un passage 32 menage dans la deuxieme portion mediane 18 du corps de vanne 12 et en une partie inferieure ou l'on evite toute contrepression s'opposant au deplacement de la cage de piston en prevoyant au moins un event 33 dans le coulisseau cylindrique 21 en dessous de la cage de piston 31. La partie superieure de l'espace a~nu-laire 30 constitue une chambre de manoeuvre vers le bas du coulisseau cylindrique 21. L'etancheite de cette chambre est assuree d'une part par la cage de piston 31 et d'autre part par un joint d'etanchéite torique 34 insere entre la première portion mediane 17 du corps de vanne 12 et le cou-lisseau cylindrique 21.
La portion inferieure 19 du corps de vanne 12 1229~2 porte de bas en haut la garniture d'étanchéité inférieure 15, un premier logement 35 destiné a recevoir une pièce d'accrochage 36 constituée par une bague extensible fendue et un deuxieme logement 37 recevant un organe d'extension 38 destine a écarter radialement la piece d'accrochage 36 lorsqu'il penetre a l'interieur de celle-ci. L'organe d'extension 38 a une position longitudinale invariable dans le deuxieme logement 37 tandis que la bague extensible 36, originairement retenue longitudinalement et radialement dans la partie inferieure du premier logement 35 par un organe de retenue 39 en forme de bague vissable sur la portion inférieure 19 du corps de vanne, auquel elle est liée par une goupille cisaillable 40 telle qu'une vis (Fig. 3), peut, si elle est arrêtée dans un mouvement descendant de la vanne de sécurité 11 et apres cisaillement de la goupille 40, se déplacer longitudinalement pour venir dans la partie supé-rieure du premier logement 35 ou, libérée de l'organe de retenue 39, elle peut reprendre sa position naturelle radia-lement expansée. La pièce d'accrochage 36 est effectivement arrêtee lors du mouvement descendant de la vanne de sécurité
11 par le bord inférieur de la gorge d'arrêt 6 et, des qu'elle est libérée de l'organe de retenue 39, elle peut s'engager dans la gorge d'arrêt 6, comme le montre la Fig.
4. Lors de la poursuite du mouvement descendant de la vanne de securite 11, l'organe d'extension 38 penetre a l'interieur de la pièce d'accrochage 36 et il ecarte encore davantage celle-ci. La piece d'accrochage 36 se trouve ainsi ferme-ment maintenue appliquée contre le raccord-receptacle 5 dans la gorge d'arrêt 6.
Sur la Fig. 5 on a represente en perspective l'ensemble du systeme de verrouillage porte par le corps de vanne 12. La pièce d'accrochage 36, munie d'un profil exte-rieur 41, correspondant à celui de la gorge d'arrêt 6, a une position naturelle radialement expansee. L'organe ., ~
-- g _ d'extension 38 est constitue par une bague élastique fendue, legerement conique, dont la position naturelle est une position radialement retractee, tandis que des clavettes 42, au nombre de trois par exemple (dont une seule a été représentée?, sont disposées ~ l'intérieur de l'organe d'extension 38 pour tenir cet organe d'extension en position écartée. Les clavettes 42 traversent des ou-vertures 43 ménagées dans le fond du deuxième logement 37 ~ travers la portion lnférieure l9 du corps de vanne 12 et s'appuient contre le couIisseau cylindrique 21. L'organe d'extension 38 présente un filetage extérieur à hélice à
gauche et la pièce d'accrochage 36 présente intérieurement un filetage à helice ~ gauche correspondant au filetage exterieur de l'organe d'extension 38. Ces deux filetages sont aptes a s'interpenétrer pour assurer le maintien en position longitudinale de la plèce d'accrochage 36 par rapport au corps de vanne 12. L'intérêt de ces filetages est de permettre, comme on le verra plus loin, un éventuel désancrage de la pièce d'accrochage 36 d'avec le raccord-réceptacle 5 par rotation du corps de vanne 12, mais onpourrait aussi lier la pièce d'accrochage 36 à l'organe d'extension 38 par des dentures ne formant pas un filetage.
Le coulisseau cylindrique 21 est muni de lumières 44 (Fig. ~) dispos~es de mani~re à ~e trouver en dessous des ouvertures 43 en fonctionnement normal de la vanne de sécurité 11, un joint torique 45 assurant l'étanchéité entre les lumieres 44 et les ouvertures 43, de même qu'un joint torique 46 assure l'étanchéité entre l'espace annulai{e 30 et les ouvertures 43 et qu'un joint torique 47 assure l'étanchéité entre la deuxième portion mediane 18 et la portion inférieure 19 du corps de vanne 12. Ces lumières 44 sont également disposées de maniere a -Re trouver en face des ouvertures 43 lorsqu'après avoir cisalllé la goupille 26 en tirant sur la bu~ée annulaire 25, on remonte suffisam-~229~)42 ment le coulisseau cylindrique 21 pour l'amener dans sa position haute maximale de repechage, ces operations pou-vant être effectuees au câble en inserant un outil de pre-hension dans une gorge i~terne 48 prevue à l'interieur de la bague d'appui 22 et utilisee egalement pour descendre la vanne de securite 11 dans le raccord-receptacle 5.
On voit sur la Fig. 4 que, lorsque la pièce d'ac-crochage 36 est entree dans la gorge d'arrêt 6, le tube espaceur 28 vient buter contre cette piece d'accrochage 36.
La goupille 29 de retenue de ce tube espaceur 28 se cisaille et la poursuite du mouvement descendant du corps de vanne 12 provoque la compression de la garniture d'etancheite superieure 14 par le tube espaceur 28 et l'application etanche de cette garniture d'etancheite contre le raccord-receptacle S. L'interposition d'un coin annulaire 49 faci-lite l'action du tube espaceur 28 sur la garniture d'etan-cheite 14.
On peut remarquer ici deux avantages du dispositif qui vient d'être decrit. D'une part, l'huile hydraulique de commande introduite dans la vanne ll par l'orifice d'en-tree 10 contribue a plaquer la garniture d'etancheite superieure 14 contre le raccord-receptacle 5, ce qui ren-force l'action du coin 49. D'autre part, lors de la mise en place de la vanne de securite, on peut s'assurer que l'ancrage de celle-ci dans le raccord-receptacle 5 est cor-rectement effectue en envoyant un fluide sous pression dans la vanne par l'orifice d'entree 10 et en verifiant ainsi que l'étancheite de la garniture d'etancheite superieure 14 est bien realisee.
La portion support 20 du corps de vanne 12 est fixee a la portion inferieure l9 du corps de vanne par vissage et cette fixation est rendue etanche par un joint torique 50. Cette portion support porte une charni~re 51 autour de laquelle peut pivoter le clapet 13 qui est solli-.; ~,.
9~42 cite en position de fermeture par un ressort 52. Un passage d'egalisation de pression 53 a ete menage dans la portion inferieure 19 du corps de vanne entre deux joints toriques 54 et 55. Un orifice 56 prevu dans le coulisseau cylindrique 21 vient en face du passage 53 lorsque le cou-lisseau cylindrique 21 atteint le clapet 13. Pour faciliter l'ouverture du clapet, le coulisseau cylindrique 21 se ter-mine en biseau 57 de maniere a atteindre le clapet 13 dans une region de celui-ci eloignee de la charniere 51. En dessous du clapet 13, la portion support 20 du corps de vanne 12 presente une face cylindrique interne 58 de dia-metre correspondant au diametre externe du coulisseau cylindrique 21, de maniere a être apte a recevoir celui-ci dans la position basse du coulisseau cylindrique.
Le fonctionnement resulte clairement de ce qui precede. Lors de la descente au câble de la vanne de securite 11, la piece d'accrochage 36 est retenue par le bord inferieur de la gorge d'arrêt 6, et la goupille 40 se cisaille, liberant la pièce d'accrochage 36 qui s'insère dans la gorge d'arrêt 6. Puis, le tube espaceur 28 est retenu par la pièce d'accrochage 36 et la goupille 29 se cisaille, ce qui permet au tube espaceur 28 de commencer a comprimer la garniture d'etancheite 14. En même temps, l'organe d'extension 38 penetre dans la piece d'accrochage 36 et la verrouille dans la gorge d'arrêt 6. La garniture d'etancheite 15 est appliquee sur la portee 8. La vanne 11 est alors prête à fonctionner. Pour l'ouvrir, il suffit d'envoyer de l'huile hydraulique par l'orifice d'entree 10 dans l'espace forme entre le corps de vanne 12 et le raccord-réceptacle 5 et limité par les garnitures d'etancheite 14 et15. Cette huile passe par le passage 32 dans la partie superieure de l'espace annulaire 30 et fait descendre la cage de piston 31 et, par suite, le coulisseau cylindrique 21 qui, à son tour, amène l'orifice 56 en face du passage . ..
~;22~
53 pour egaliser les pressions de part et d'autre du clapet 13 et ouvre ce clapet. Pour refermer la vanne 11, il suffit de supprimer la pression d'huile de commande arri-vant en 10, le ressort 3 faisant remonter le coulisseau cylindrique 21.
Lorsqu'on désire remonter la vanne de securite 11, on tire au câble la bague d'appui 22 qui cisaille la goupille 26 et fait remonter le coulisseau cylindrique 21 jusqu'à ce que la cage de piston 31 vienne en butee contre la première portion mediane 17 du corps de vanne 12 ce qui definit la position haute maximale de repêchage. Les lumières 44 se trouvent alors en face des ouvertures 43, ce qui permet aux clavettes 42 de liberer l-'organe d'exten-sion 38 qui reprend sa position naturelle retractee et se desolidarise de la piece d'accrochage 36. Cette dernière est alors reprise par l'organe de retenue 39 et revient en position retractee dans le premier logement 35. En même temps, les clavettes 42 solidarisent le coulisseau cylin-drique 21 avec le corps de vanne 12. La vanne de securite 11 est ainsi desancree et peut être remontee à la surface.
On remarquera ~ue le passage interne à la vanne 11 est defini par le coulisseau cylindrique 21 qui ne com-porte aucune partie en saillie interne et présente peu d'irrégularites le long de sa surface interne. Il en resulte des pertes de charge minimales pour l'effluent qui s'ecoule dans un conduit presque lisse.
La vanne 11 peut aisement s'adapter à des profils differents de la gorge d'arrêt 6. Il suffit pour cela de changer la pièce d'accrochage 36.
Si l'on desire utiliser un organe d'obturation constitue par un boisseau spherique 59, on peut remplacer la portion support 20 du corps de vanne 12 par une portion support 60 portant un siège flottant 61 dans lequel peut pivoter le boisseau spherique 59 muni d'une gorge 62 rece-.~
.~
1~29~A~2 vant un ergot 63 solidaire de la portion 60, comme le représente la Fig. 6. Le coulisseau cylindrique 21, en se déplaçant verticalement, eniralne le si ge flottant 61 et fait ainsi tourner le boisseau sphérique 59, de mani8re connue en soi, au lieu d'ouvrir un clapet 13. Dans la liaison entre le coulisseau cylindrique 21 et le siège flottant on insère des goupilles cisaillables permettant la remontee du coulisseau cylindrique 21 lorsqu'on veut déverrouiller la vanne.
Les Fig. 7, 8 et 9 montrent comment on peut modi-fier la vanne representee sur la Fig. 1 et 2 pour l'adapter au cas o~ l'on veut installer à l'interieur du tube de pro-duction 1 un tube interne 64 afin de disposer d'un passage interne au tube interne et d'un passage annulaire entre tube interne et tube de production, notamment en vue d'un allègement au gaz de l'effluent. On a prevu essentiellement les modifications suivantes.
La portion superieure 16 du corps de vanne 12 est prolongée vers le haut par une coulisse 65 qui se visse à
sa partie inferieure sur un filetage 66 prevu au sommet de la portion 16 (ce filetage est visible aussi sur la Fig. 1 où il a été prevu pour permettre cette eventuelle adaptation bien qu'il ne soit pas utilisé dans le cas de la Fig. 1) et qui est liée à sa partie supérieure par un croisillon 67 au tube interne 64. Une goupille cisaillable 68 maintient la coulisse 65 en positlon fermée. Le tube interne 64 se termine légèrement au-dessu$ de la face inferieure de la butée annulaire 25 et présente dans sa partie inférieure au moins une lumière verticale 69 de longueur inférieure à la course de la couli~se 65 entre ses positions fermée et ouverte.
Le coulisseau cylindrique 21 porte, au moyen d'un croisillon de jonction 70, une portion tubulaire intermé-diaire 71 s'engageant de manière télescopique à l'intérieur D
1~9~4;~
du tube interne 64 avec lequel une liaison etanche est assuree par un joint moule en materiau elastomere 72. La bague d'appui 22 a ete un peu modifiee et elle est soli-daire du croisillon de jonction 70 dont elle assure la liaison avec la coulisseau cylindrique 21. La butee annulaire 25 a ete egalement un peu modifiée et une bague de centrage 73 facilite le cisaillement de la goupille 26.
La portion tubulaire intermediaire 71 porte un ergot 74 qui s'engage dans la lumiere 69 et vient pres de ou contre le bord superieur de cette lumiere 69 lorsque le coulisseau cylindrique 21 est en position haute normale, c'est-a-dire lorsque la bague d'appui 22 est contre la butee annulaire 25. La portion tubulaire intermediaire 71 porte dans sa partie inferieure un croisillon de centrage 75 qui assure le centrage de la portion tubulaire intermediaire 71 dans le coulisseau cylindrique 21. La portion tubulaire inter-mediaire 71 porte vers son extremite inferieure un joint moule en materiau elastomere 76 et elle se termine par un biseau 77 qui est situe plus bas que l'extremite inferieure du coulisseau cylindrique 21 et qui permet a la portion tubulaire intermediaire 71 d'agir sur le clapet 13 dans une region eloignee de la charnière 51.
La portion support 20 du corps de vanne 12 a reçu à son extremite inferieure une portion complementaire 78 qui porte, au moyen d'un croisillon de jonction 79, un tronçon tubulaire coaxial 80 apte à recevoir de maniere telescopique l'extremite inferieure de la portion tubulaire intermediaire 71, avec laquelle une liaison etanche s'effec-tue grâce au joint moule 76.
Le fonctionnement de la vanne de securite 11 est analogue dans le cas de la realisation selon les Fig. 7, 8 et 9 à celui de la realisation selon les Fig. 1 et 2, a la difference près que c'est la portion tubulaire intermédiaire 71 qui ouvre le clapet 13 et que le mouvement de descente ~, .
12;~9~2 du coulisseau cylindrique 21 se prolonge suffisamment pour provoquer l'emmanchement de l'extrémite inferieure de la portion tubulaire intermediaire 71 dans le tronçon tubulaire coaxial 80.
On voit ainsi que, selon le type d'organe d'obtu-ration 13 ou 59 et selon qué la vanne de securite 11 est utilisee ou non avec un tube interne 64, la course de la cage de piston 31 doit être differente. On prevoit alors, avec une realisation standard de la vanne de securite 11, de modifier cette course en inserant eventuellement dans la partie inferieure de l'espace annulaire 30 une bague flot-tante 81 de longueur appropriee, representee sur la Fig. 2 sans etre mise en place.
La descente de la vanne de securite 11 de la Fig.
6 s'effectue au moyen du tube interne 6~ au lieu que ce soit avec un cable, mais le mode de fonctionnement du sys-teme de verrouillage et du systeme de compression de la garniture d'etancheite supérieure 14 est le meme que celui decrit à propos de la Fig. 1.
La methode de deverrouillage et de repêchage est, par contre, un peu differente. On a tout d'abord la possi-bilite de deverrouiller la vanne de securite 11 en effec-tuant une rotation a droite du tube interne 64. Cette rotat~on entralne, par la coulisse 65 d'une part et par l'ergot 74 d'autre part, la rotation de l'ensemble de la vanne de sécurite, a l'exception de la piece d'accrochage 36 qui, normalement, reste coincee dans la gorge d'arret 6.
Cela fait remonter l'organe d'extension 38 et finalement le désolidarise de la piece d'accrochage 36 qui, n'etant plus tenue interieurement, peut etre reprise par l'organe de retenue 39. En meme temps, la garniture d'etancheite supe-rieure 14 est decomprimée.
A la place de ce mode de deverrouillage de la vanne de sécurite 11, on peut aussi utiliser une methode de ~Z29~42 traction et de battage vers le haut exercee sur le tube interne 64. Cette action provoque d'abord le cisaillement de la goupille 68, c'est-a-dire une demi-ouverture de la coulisse 65, ce qui permet à l'ergot 74 de venir en butée inferieure sur le bord inferieur de la lumière 69. En continuant à tirer sur le tube interne 64, on cisaille la goupille 26, ce qui libère la butee annulaire 25 et permet au coulisseau cylindrique 21 de venir dans sa position haute maximale de repêchage, definie par l'arrivee de la cage de piston 31 contre la premiere portion mediane 17 du corps de vanne 12. Les lumieres 44 se trouvent alors en face des ouvertures 43 et les clavettes 42 (Fig. 5) sont liberees. On retrouve ainsi le processus decrit prece-demment. La coulisse 65 est alors completement ouverte et c'est elle qui supporte le poids de l'ensemble de la vanne de securite 11, l'ergot 74 n'ayant servi qu'a effec-tuer les manoeuvres de déverrouillage, mais n'intervenant plus lors du repechage.
Dans une variante preferee de realisation selon les Fig. 10, 11 et 12, on voit que le ressort de rappel 23 se trouve dans un volume annulaire 82 rempli d'huile hydrau-lique lors de l'ouverture de la vanne. Ce volume annulaire 82, menagé entre le corps de vanne 12 et le coulisseau cylindrique 21, est delimite par un joint d'etancheité
supérieur 83 porte par le corps de vanne 12 et se trouvant au contact d'une portion supérieure 84 du coulisseau cylin-drique 21 le long d'une premiere circonférence et par un joint d'étanchéité inférieur 85 porté aussi par le corps de vanne 12 et se trouvant au contact d'une portion infé-rieure 86 du coulisseau 21 le long d'une deuxième circon-férence de diametre supérieur a celui de la premiere circon-férence, de maniere a créer une surface differentielle d'action de l'huile hydraulique sur le coulisseau 21. En modifiant simplement le diametre de la première circonfe-Y
.~
~ - 17 -~2~ 2 rence, on peut adapter la vanne a diverses profondeurs de puits.
On a menage dans ce volume 82 un système amortis-seur qui evite de soumettre le clapet 13 a des chocs dange-reux lors de sa fermeture sous une forte pression differen-tielle. Ce systeme amortisseur est constitue par un piston 87 muni d'une bague 88 en tetra~luorethylene rainuree dans le sens vertical pour creer des passages de laminage pour l'huile hydraulique contenue dans le volume 82. Ce piston 87, solidaire du coulisseau 21, sert egalement d'appui superieur pour le ressort de rappel precontraint 23. Dans l'exemple represente, le piston 87 est forme par une jonc-tion femelle portee par la portion superieure 84 du cou-lisseau 21 et liee par vissage a la portion inferieure 86 1 de ce coulisseau. Dans cette jonction, un espace est occupe par une cale entretoise 89 qui, dans une autre ver-sion de realisation, peut être remplacee par un croisillon 90 solidarisant le coulisseau 21 avec un tube interne 64, comme on peut le voi.r sur la Fig. 17.
La portion superieure 89 du coulisseau 21 porte une tête de repêchage 91 retenue vers le haut par une butée cisaillable 92. Entre le coulisseau 21 et le corps de vanne 12, on a forme, au-dessus du joint d'etancheite supe-rieur 83 et en dessous de la tete de repechage 91, une chambre a graisse 93 munie dans sa partie inferieure d'orifices calibrés 94 permettant, lors de la premi~re ouverture de la vanne, d'injecter une grai.sse silicone dans l'espace compris entre coulisseau 21 et corps de vanne 12 et d'éviter ainsi toute sédimentation, ce qui facilite grande-ment le retrait de la vanne le moment venu.
Le système de verrouillage comprend une bague élastique ouverte 95 d'accrochage munie d'une denture interne, des clavettes d'écartement 96 munies d'une denture externe et une bague cylindrique de retenue 97. Les cla-1229 1)4~
vettes d'ecartement 96 sont disposees dans des ouvertures 98 du corps de vanne 12 et elles sont retenues radialement par des ressorts 99 entourant l'ensemble des clavettes.
La bague cylindrique de retenue 97 est inseree exterieurement autour du coulisseau cylindrique 21 et elle écarte radialement les clavettes 96. Cette bague 97 se termine à sa partie superieure par une bride 100 sur la-quelle appuie le ressort de rappel 23 par l'intermediaire d'une rondelle 101. Ainsi, tout risque de deverrouillage accidentel de la vanne en cas de chocs est ecarte.
La bague elastique 95 se trouve maintenue en une position basse pendant la descente de la vanne dans le tube de production 1, comme on le voit sur la Fig. 14. Puis, cette bague 95 est retenue par le bord inferieur de la gorge d'arrêt 6 comme le montre la Fig. 15, ce qui permet un déplacement relatif de cette bague par rapport aux cla-vettes d'ecartement 96 qui s'engagent dans la bague 95 et la maintiennent radialement ecartee dans la gorge d'arrêt 6, comme on le voit sur la Fig. 11.
Un decrochement 102 dans la surface exterieure du coulisseau 21 se trouve dispose au-dessous de la partie inferieure de la bague cylindrique de retenue en position haute du coulisseau, de sorte que, lorsqu'on veut dever-rouiller la vanne, on tire vers le haut le coulisseau 21 en rompant la butee cisaillable 92, afin de remonter suffisam-ment le coulisseau 21 pour que la bague cylindrique de retenue 97, entraînee par ce coulisseau, degage les cla-vettes d'ecartement 96 et permette a celles-ci de se retrac-ter radialement en s'appuyant contre le coulisseau 21 et de libérer la bague elastique 95.
La garniture d'étancheité superieure 14 comprend:
une piece mobile en forme de double cône 103, un anneau d'étanchéite supérieur 104 disposé entre une butee 105 portée par le corps de vanne 12 et une surface conique 106 . . .
1229~2 de la pièce 103r un anneau d'étancheite inferieur 107 dispose entre l'autre surface conique 108 de la piece 103 et une bague mobile de compression 109. Cette bague 109 se trouve poussee vers le haut lor-sque la bague 95 s'encas-tre dans la gorge d'arrêt 6 et elle comprime directement l'anneau d'etancheite inferieur 107 et indirectement l'an-neau d'etancheite superieur 104. Ce systeme assure une bonne etancheité entre vanne et tube de production et il se retracte facilement, sans presenter de coincements lorsqu'on deverrouille la vanne.
Pour assurer l'égalisation des pressions de part et d'autre du clapet 13, on a prevu de disposer sur le corps de vanne 12, en dessous de la garniture d'etancheite inferieure 15, une soupape d'egalisation des pressions 110 qui est normale~ent fermee et qui se trouve ouverte au moment ou le coulisseau cylindrique 21 est pres de la posi-tion où il va ouvrir le clapet 13, par un bossage 111 porte par le coulisseau cylindrique 21. Sur la Fig. 12, le cou-lisseau 21 est en position haute et le bossage 111 se trouve au-dessus de la soupape 110. Sur la Fig. 16, le coulisseau 21 est en position basse et le bossage 111 se trouve en dessous de la soupape 110 après être passe au niveau de celle-ci lorsque le clapet 13 allait s'ouvrir.
Sur la Fig. 17, on a represente la partie supe-rieure d'une vanne de securite dans le cas d'un coulisseau 21 solidaire d'un tube interne 64. Une tête de repêchage 112, traversee par le tube interne 64, est a l'etat normal, reliée au corps de vanne 12, par une piece de liaison 113 dont la portion inferieure 114 se visse a gauche dans le corps de vanne 12 et dont une portion mediane 115 comporte une section retrecie, tandis qu'une poxtion superieure 116 presente un epaulement 117 destine à venir saisir une bague superieure 118 portee par le coulisseau 21 à son extremite superieure, lorsque la pièce de liaison 113 est rompue.
... .
-- ~0 --12;~9~
Ainsi, la tête de repechage 112 sert de butée superieure au coulisseau 21 en fonctionnement normal et permet d'en-tralner vers le haut ce coulisseau.21 apres rupture de la piece de liaison 113 soit par rotation, soit par traction.
On remarquera sur la Fig. 17 que l'extremite inferieure du tube interne 64 a ete munie d'un chanfrein 119 qui vient, en position basse de ce tube interne, s'appliquer sur une portee metallique 120 d'une suspension inferieure 121 solidaire du corps de ~anne. En dessous de la portee metallique 120, on a installe un joint à lèvre 122. Une cale de .reglage 123 permet de compenser en hau-teur les ecarts entre les positions relatives du tube interne 64 et du coulisseau 21.
t~
La presente invention concerne une vanne de securite devant être installee dans un raccord-receptacle (dit ~nipple~) d'un tube de production de puits petrolier pour obturer le passage dans ce tube de l'effluent produit:
petrole ou gaz.
Les vannes de securite actuellement utilisées sont munies d'un système de verrouillage monté à la partie supérieure du corps de vanne pour verrouiller celui-ci dans une gorge d'arrêt du raccord-réceptacle du tube de production et de deux garnitures d'étanchéité disposees en dessous du système de verrouillage et s'appliquant contre deux portees lisses internes du raccord-receptacle entre les~uelles debouche une entree du fluide de commande de la vanne.
Cette disposition presente l'inconvenient gue les vannes de securite constituent des organes d'une assez grande longueur et qu'elles reduisent sensiblement la sec-tion de passage du fluide du fait que leur partie active se trouve entierement placée sous la gorge d'arrêt du raccord-réceptacle, c'est-à-dire dans une portion rétrécie de celui-ci. Il en résulte des pertes de charge importantes.
D'autre part, le système de verrouillage est soumis à l'ac-tion corrosive de l'effluent.
Un objectif de l'invention est ainsi de proposer une vanne de sécurité de longueur réduite, offrant une sec-tion accrue au passage du fluide produit, de sorte que les pertes de charge occasionnées par l'existence de la vanne et le coût de cette vanne soient réduits. Un objectif de l'invention est aussi de protéger le systeme de verrouil-lage de toute action corrosive.
Selon la presente invention il est prévu unevanne de securite qui comporte: un corps de vanne de forme generale cylindrique, un organe d'obturation a la partie inferieure de ce corps, un coulisseau cylindrique capable ~,, . .f ~ ~.
~L2~9~)42 de coulisser longitudinalement a l'intérieur dudit corps et d'entralner dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation, un systeme de verrouillage dispose dans des logements radialement exterieurs dudit corps et comprenant une piece d'accrochage radialement extensible~
apte a s'encastrer, a l'etat expanse, dans une gorge d'arrêt exterieure audit corps, et deux garnitures d'etancheite, l'une superieure, l'autre inférieure, disposées dans des régions radialement extérieures dudit corps et formant entre elles un espace destiné a recevoir un fluide de com-mande, vanne dans laquelle les deux garnitures d'étanchéite sont disposees de part et d'autre longitudinalement du systeme de verrouillage.
Le systeme de verrouillage se trouve ainsi baigné
par le fluide de commande, generalement de l'huile hydrau-lique, et la vanne n'est qu'en partie disposee dans la partie plus etroite du tube de production situee en dessous de la gorge d'arrêt.
De preférence, le coulisseau cylindrique est solidaire d'une part d'une cage de piston s'appuyant de maniere etanche contre le corps de vanne et disposee au-dessus du système de verrouillage, sur laquelle agit le fluide de commande pour la descente du coulisseau cylindri-que et d'autre part d'une bague d'appui egalement disposee au-dessus du systeme de verrouillage et sur laquelle agit un ressort de rappel tendant a faire monter le coulisseau cylindrique. Cette disposition permet de tirer encore un plus grand avantage de l'installation du systeme de ver-rouillage entre les deux garnitures d'étanchéité en ce qui 3~ concerne l'accroissement de section pour le passage de l'effluent produit.
De préférence, le ressort de rappel est disposé
au-dessus de la garniture d'étanchéite supérieure, dans un volume annulaire entre corps de vanne et coulisseau cylin-~ZZ9 [342 drique delimite par un joint d'etancheite superieur portepar le corps de vanne et en contact avec une portion superieure du couIisseau cylindrique et par un joint d'étan-cheite inferieur porte par le corps de vanne et en contact avec une portion inferieure du couIisseau cylindrique le long d'une circonference de diamètre superieur à celui de la circonference de contact entre le joint superieur et ladite portion superieure du coulisseau cylindrique, ce volume annulaire etant destine à être baigne par le fluide de commande.
La pièce d'accrochage peut etre constituee par une bague elastique ~ profil exterieur adapte au profil de la gorge d'arrêt dans laquelle elle doit s'encastrer et à
denture interne, tandis que le corps de vanne comporte un premier logement destine à recevoir cette pièce d'accrochage en position non expansee et en position non pleinement active de celle-ci, ce premier logement etant borde infe-rieurement par un organe de retenue qui est prevu pour retenir radialement et longitudinalement la pièce d'accro-chage et qui est solidaire du corps de vanne et superieure-ment par un organe d'extension gui est dispose dans ~ln deuxième logement du corps de vanne, qui est apte à s'inse-rer dans la pièce d'accrochage pour en parfaire l'expansion et qui est muni d'une denture externe apte à s'engager avec la denture interne de la pièce d'accrochage.
De preference, les dentures de la pièce d'accro-chage et de l'organe d'extension sont des filets helicoidaux à hélice à gauche.
Le deuxième logement a avantageusement un fond radialement interne percé d'ouvertures traversées par des clavettes de maintien radial de l'organe d'extension et bordées par ledit coulisseau cylindrique contre lequel ces pièces de maintien s'appuient, tandis que ledit coulisseau cylindrique est percé dans une région inférieure de lumières , ~.
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122~42 aptes à revenir en face desdites ouvertures si le coulisseau cylindrique est remonte dans une position haute maximale de repêchage, qu'il ne peut atteindre qu'apres avoir cisaille une butee cisaillable, de fonctionnement normal de la vanne, montee sur le corps de vanne.
Dans le cas ou la vanne est installee dans un raccord-receptacle non consu specialement pour elle, il n'existe pas de portee lisse interne au-dessus de la gorge d'arrêt dans le raccord-receptacle et l'on realise alors la garniture d'etancheite superieure disposee au-dessus du système de verrouillage, en un materiau elastique plein qui, comprime, s'applique fortement contre le raccord-receptacle du tube de production. Le tube d'espacement est alors avantageusement fixe sur le corps de vanne, par une goupille cisaillable, dans une position et sur une lon-gueur telles qu'il heurte la piece d'accrochage si celle-ci est retenue dans un mouvement descendant du corps de vanne et qu'après cisaillement de cette goupille, il comprime la garniture d'etancheite superieure en s'appuyant sur la pièce d'accrochage.
Dans le cas d'un puits petrolier à remontee de l'effluent par allegement au gaz de la colonne de l'effluent, dans lequel on installe un tube interne à l'interieur du tube de production de manière a disposer d'un passage interne au tube interne et d'un passage annulaire entre le tube interne et le tube de productionj l'un de ces passages ser-vant à une injection de gaz d'allegement et l'autre a la montee de l'effluent allegé, l'invention s'applique de manière particulièrement avantageuse du fait qu'il est alors primordial de disposer de sections de passage aussi grandes que possible.
Dans un tel cas, si l'on fixe la vanne de securite vers l'extrémit~ inférieure du tube interne et si l'on uti-lise comme organe d'obturation un clapet, le tronçon tubu-~: - 4 -:
~L2~1D42 laire coaxial est de préference fixe sur le corps de vanne en dessous du clapet, et une portion tubulaire inter-mediaire, coulissant, d'une part, de manière telescopique et etanche, en haut, le long du tube interne dont l'extre-mite inferieure se trouve a une certaine distance au-dessus du clapet et apte, d'autre part, a coulisser de maniere telescopique et etanche, en bas, le long dudit tronçon tubulaire, est entralne en deplacement longitudinal par le coulisseau cylindrique et a une longueur telle que, suivant la position haute ou basse du coulisseau cylindrique, elle puisse etre soit entierement située au-dessus du clapet fermé soit engagée avec ledit tronçon tubulaire, le clapet étant alors ouvert.
D'autres particularités et avantages de l'inven-tion ressortiront de la description d'exemples de realisa-tion qui vont etre donnes, a titre non limitatif, en se referant au dessin joint dans lequel:
les Fig. l et 2 representent de haut en bas une vanne de sécurité installée dans un raccord-réceptacle de tube de production, en demi-coupe axiale;
la Fig. 3 est une vue analogue d'une portion de la vanne de sécurite et du raccord-receptacle au cours de la descente de la vanne de sécurité dans le raccord-réceptacle;
la Fig. 4 est une vue analogue partielle de la vanne de sécurite et du raccord-réceptacle au moment o~ la piece d'accrochage est déja engagée dans la gorge d'arrêt mais sans y etre encore verrouillee;
la Fig. 5 est une vue éclatee en perspective de la piece d'accrochage et d'un organe d'extension de celle-ci;
la Fig. 6 est une coupe axiale d'une variante de l'organe d'obturation; et les Fig. 7, 8 et 9 sont une vue analogue a celle ., .
1229~42 des Fig. 1 et 2 dans le cas où la vanne de sécurite est adaptee à la reception d'un tube interne pour allègement au gaz de la colonne d'effluent.
Les Fig. 10, 11 et 12 représentent de haut en bas, en coupe verticale, une vanne de securite installee dans un raccord-receptable de tube de production; la Fig. 13 repre-sente une coupe transversale selon la ligne 13-13 de la Fig.
11; la Fig. 14 est une demi-coupe verticale du système de verrouillage et de la garniture superieure lors de la des-cente de la vanne dans un tube de production; la Fig. 15est une demi-coupe verticale du système de verrouillage au debut de la phase d'ancrage; la Fig. 16 est une coupe verti-cale de l'organe d'obturation en position diouverture; la Fig. 17 est une coupe verticale de la partie supérieure d'une vanne de securite avec tube interne solidaire du cou-lisseau cylindrique et la Fig. 18 est une coupe verticale de la suspension inferieure recevant les extremites du tube interne et du coulisseau cylindrique en position d'ouverture de la vanne.
Sur les Fig. 1 et 2, on a represente en demi-coupe, une portion d'un tube de production 1 comprenant une succession d'elements tubulaires tels que 2, 3, 4 et un raccord-receptacle 5. Ce tube de production 1 est installe de manière connue à l'interieur d'un puits petrolier non represente. Le raccord-receptacle 5 comporte une gorge interne d'arret 6 à sa partie superieure et au-dessous de la gorge d'arret 6 deux portees lisses, l'une superieure 7, l'autre inferieure 8, separees par un evidement 9 dans le-quel un fluide de commande, generalement de l'huile hydrau-li~ue, peut etre introduit par un orifice menage dans la paroi du raccord-receptacle 5.
Une vanne de securite 11 est descendue dans ce tube de production. Elle comprend un corps de vanne 12 qui porte à sa partie inferieure un organe d'obturation 13, 9~
constitue par un clapet dans l'exemple represente sur la fi.gure 2, et latéralement deux garnitures d'étanchéité, l'une supérieure 14 constituée par un élément plein en un matériau élastomere et l'autre inférieur 15 constituée par un ensemble de chevrons. La garniture d'etanchéité infé-rieure 15 s'applique contre la portee lisse inferieure 8 et la garniture d'étanchéité superieure 14 contre la paroi interne de l'élément tubulaire 3, la portée lisse supérieure 7 du raccord-réceptacle 5 n'étant pas utilisée contrairement aux installations classiques de vannes de securite. Bien entendu, il est possible de remplacer le raccord-receptacle 5, de type classique, du tube de production 1 par un rac-cord-receptacle consu specialement pour une vanne de sécurite 11 du type decrit ici et comportant une portée lisse supérieure située au-dessus de la gorge interne d'arrêt, ce qui permet d'utiliser des garnitures d'etan-chéité 14 et 15 l'une et l'autre du type à chevrons.
Le corps de vanne 12 comprend de haut en bas les portions suivantes vissées les unes aux autres: une portion supérieure 16 radialement extérieure, une premiere portion médiane 17 radialement interieure, une deuxieme portion mediane 18 radialement médiane, une portion inferieure 19 radialement interieure et une portion 20 support d'organe d'obturation.
Un coulisseau cylindrique 21, installé a l'inté-rieur du corps de vanne 12, se termine a sa partie supe-rieure par une bague d~appui 22 sur la face inférieure de laquelle agit un ressort de compression 23 disvosé dans l'espace annulaire 24 compris entre le coulisseau cylindri-que 21 et la portion supérieure 16 du corps de vanne 12 et reposant sur la premiere portion médiane 17 de ce corps de vanne. La position haute normale de la bague d'appui 22 et, par suite, du coulisseau cylindrique 21 est définie par une butee annuIaire 25 retenue dans la region superieure de la 12;~9~42 portion superieure 16 au corps de vanne 12 par une gou-pille cisaillable 26. La premiere portion mediane 17 du corps de vanne 12 sert d'une part d'appui au ressort 23 et d'autre part de support pour la garniture d'etancheite superieure 14.
La deuxieme portion médiane 18 du corps de vanne 12 delimite avec l'element tubulaire 3 du tube de produc-tion 1 un espace annulaire 27 dans lequel est insere avec un certain jeu transversal un tube espaceur 28 qui est retenu par une goupille cisaillable 29 sur le corps de vanne 12 et dont le rôle est, apres cisaillement de la gou-pille 29, de comprimer la garniture d'etancheite superieure pour l'appliquer contre l'element tubulaire 3, comme on l'expliquera plus loin. Cette deuxième portion mediane 18 delimite avec le coulisseau cylindrique 21 un espace annu-laire 30 qui est situe en dessous de la premiere portion mediane 17 du corps de vanne 12 le separant de l'espace annulaire 24 et dans lequel peut se deplacer une cage de piston 31 solidaire du coulisseau annulaire 21. Cette cage de piston 31 separe de maniere etanche l'espace annulaire 30 en une partie superieure communiquant avec l'orifice 10 par l'intermediaire d'un passage 32 menage dans la deuxieme portion mediane 18 du corps de vanne 12 et en une partie inferieure ou l'on evite toute contrepression s'opposant au deplacement de la cage de piston en prevoyant au moins un event 33 dans le coulisseau cylindrique 21 en dessous de la cage de piston 31. La partie superieure de l'espace a~nu-laire 30 constitue une chambre de manoeuvre vers le bas du coulisseau cylindrique 21. L'etancheite de cette chambre est assuree d'une part par la cage de piston 31 et d'autre part par un joint d'etanchéite torique 34 insere entre la première portion mediane 17 du corps de vanne 12 et le cou-lisseau cylindrique 21.
La portion inferieure 19 du corps de vanne 12 1229~2 porte de bas en haut la garniture d'étanchéité inférieure 15, un premier logement 35 destiné a recevoir une pièce d'accrochage 36 constituée par une bague extensible fendue et un deuxieme logement 37 recevant un organe d'extension 38 destine a écarter radialement la piece d'accrochage 36 lorsqu'il penetre a l'interieur de celle-ci. L'organe d'extension 38 a une position longitudinale invariable dans le deuxieme logement 37 tandis que la bague extensible 36, originairement retenue longitudinalement et radialement dans la partie inferieure du premier logement 35 par un organe de retenue 39 en forme de bague vissable sur la portion inférieure 19 du corps de vanne, auquel elle est liée par une goupille cisaillable 40 telle qu'une vis (Fig. 3), peut, si elle est arrêtée dans un mouvement descendant de la vanne de sécurité 11 et apres cisaillement de la goupille 40, se déplacer longitudinalement pour venir dans la partie supé-rieure du premier logement 35 ou, libérée de l'organe de retenue 39, elle peut reprendre sa position naturelle radia-lement expansée. La pièce d'accrochage 36 est effectivement arrêtee lors du mouvement descendant de la vanne de sécurité
11 par le bord inférieur de la gorge d'arrêt 6 et, des qu'elle est libérée de l'organe de retenue 39, elle peut s'engager dans la gorge d'arrêt 6, comme le montre la Fig.
4. Lors de la poursuite du mouvement descendant de la vanne de securite 11, l'organe d'extension 38 penetre a l'interieur de la pièce d'accrochage 36 et il ecarte encore davantage celle-ci. La piece d'accrochage 36 se trouve ainsi ferme-ment maintenue appliquée contre le raccord-receptacle 5 dans la gorge d'arrêt 6.
Sur la Fig. 5 on a represente en perspective l'ensemble du systeme de verrouillage porte par le corps de vanne 12. La pièce d'accrochage 36, munie d'un profil exte-rieur 41, correspondant à celui de la gorge d'arrêt 6, a une position naturelle radialement expansee. L'organe ., ~
-- g _ d'extension 38 est constitue par une bague élastique fendue, legerement conique, dont la position naturelle est une position radialement retractee, tandis que des clavettes 42, au nombre de trois par exemple (dont une seule a été représentée?, sont disposées ~ l'intérieur de l'organe d'extension 38 pour tenir cet organe d'extension en position écartée. Les clavettes 42 traversent des ou-vertures 43 ménagées dans le fond du deuxième logement 37 ~ travers la portion lnférieure l9 du corps de vanne 12 et s'appuient contre le couIisseau cylindrique 21. L'organe d'extension 38 présente un filetage extérieur à hélice à
gauche et la pièce d'accrochage 36 présente intérieurement un filetage à helice ~ gauche correspondant au filetage exterieur de l'organe d'extension 38. Ces deux filetages sont aptes a s'interpenétrer pour assurer le maintien en position longitudinale de la plèce d'accrochage 36 par rapport au corps de vanne 12. L'intérêt de ces filetages est de permettre, comme on le verra plus loin, un éventuel désancrage de la pièce d'accrochage 36 d'avec le raccord-réceptacle 5 par rotation du corps de vanne 12, mais onpourrait aussi lier la pièce d'accrochage 36 à l'organe d'extension 38 par des dentures ne formant pas un filetage.
Le coulisseau cylindrique 21 est muni de lumières 44 (Fig. ~) dispos~es de mani~re à ~e trouver en dessous des ouvertures 43 en fonctionnement normal de la vanne de sécurité 11, un joint torique 45 assurant l'étanchéité entre les lumieres 44 et les ouvertures 43, de même qu'un joint torique 46 assure l'étanchéité entre l'espace annulai{e 30 et les ouvertures 43 et qu'un joint torique 47 assure l'étanchéité entre la deuxième portion mediane 18 et la portion inférieure 19 du corps de vanne 12. Ces lumières 44 sont également disposées de maniere a -Re trouver en face des ouvertures 43 lorsqu'après avoir cisalllé la goupille 26 en tirant sur la bu~ée annulaire 25, on remonte suffisam-~229~)42 ment le coulisseau cylindrique 21 pour l'amener dans sa position haute maximale de repechage, ces operations pou-vant être effectuees au câble en inserant un outil de pre-hension dans une gorge i~terne 48 prevue à l'interieur de la bague d'appui 22 et utilisee egalement pour descendre la vanne de securite 11 dans le raccord-receptacle 5.
On voit sur la Fig. 4 que, lorsque la pièce d'ac-crochage 36 est entree dans la gorge d'arrêt 6, le tube espaceur 28 vient buter contre cette piece d'accrochage 36.
La goupille 29 de retenue de ce tube espaceur 28 se cisaille et la poursuite du mouvement descendant du corps de vanne 12 provoque la compression de la garniture d'etancheite superieure 14 par le tube espaceur 28 et l'application etanche de cette garniture d'etancheite contre le raccord-receptacle S. L'interposition d'un coin annulaire 49 faci-lite l'action du tube espaceur 28 sur la garniture d'etan-cheite 14.
On peut remarquer ici deux avantages du dispositif qui vient d'être decrit. D'une part, l'huile hydraulique de commande introduite dans la vanne ll par l'orifice d'en-tree 10 contribue a plaquer la garniture d'etancheite superieure 14 contre le raccord-receptacle 5, ce qui ren-force l'action du coin 49. D'autre part, lors de la mise en place de la vanne de securite, on peut s'assurer que l'ancrage de celle-ci dans le raccord-receptacle 5 est cor-rectement effectue en envoyant un fluide sous pression dans la vanne par l'orifice d'entree 10 et en verifiant ainsi que l'étancheite de la garniture d'etancheite superieure 14 est bien realisee.
La portion support 20 du corps de vanne 12 est fixee a la portion inferieure l9 du corps de vanne par vissage et cette fixation est rendue etanche par un joint torique 50. Cette portion support porte une charni~re 51 autour de laquelle peut pivoter le clapet 13 qui est solli-.; ~,.
9~42 cite en position de fermeture par un ressort 52. Un passage d'egalisation de pression 53 a ete menage dans la portion inferieure 19 du corps de vanne entre deux joints toriques 54 et 55. Un orifice 56 prevu dans le coulisseau cylindrique 21 vient en face du passage 53 lorsque le cou-lisseau cylindrique 21 atteint le clapet 13. Pour faciliter l'ouverture du clapet, le coulisseau cylindrique 21 se ter-mine en biseau 57 de maniere a atteindre le clapet 13 dans une region de celui-ci eloignee de la charniere 51. En dessous du clapet 13, la portion support 20 du corps de vanne 12 presente une face cylindrique interne 58 de dia-metre correspondant au diametre externe du coulisseau cylindrique 21, de maniere a être apte a recevoir celui-ci dans la position basse du coulisseau cylindrique.
Le fonctionnement resulte clairement de ce qui precede. Lors de la descente au câble de la vanne de securite 11, la piece d'accrochage 36 est retenue par le bord inferieur de la gorge d'arrêt 6, et la goupille 40 se cisaille, liberant la pièce d'accrochage 36 qui s'insère dans la gorge d'arrêt 6. Puis, le tube espaceur 28 est retenu par la pièce d'accrochage 36 et la goupille 29 se cisaille, ce qui permet au tube espaceur 28 de commencer a comprimer la garniture d'etancheite 14. En même temps, l'organe d'extension 38 penetre dans la piece d'accrochage 36 et la verrouille dans la gorge d'arrêt 6. La garniture d'etancheite 15 est appliquee sur la portee 8. La vanne 11 est alors prête à fonctionner. Pour l'ouvrir, il suffit d'envoyer de l'huile hydraulique par l'orifice d'entree 10 dans l'espace forme entre le corps de vanne 12 et le raccord-réceptacle 5 et limité par les garnitures d'etancheite 14 et15. Cette huile passe par le passage 32 dans la partie superieure de l'espace annulaire 30 et fait descendre la cage de piston 31 et, par suite, le coulisseau cylindrique 21 qui, à son tour, amène l'orifice 56 en face du passage . ..
~;22~
53 pour egaliser les pressions de part et d'autre du clapet 13 et ouvre ce clapet. Pour refermer la vanne 11, il suffit de supprimer la pression d'huile de commande arri-vant en 10, le ressort 3 faisant remonter le coulisseau cylindrique 21.
Lorsqu'on désire remonter la vanne de securite 11, on tire au câble la bague d'appui 22 qui cisaille la goupille 26 et fait remonter le coulisseau cylindrique 21 jusqu'à ce que la cage de piston 31 vienne en butee contre la première portion mediane 17 du corps de vanne 12 ce qui definit la position haute maximale de repêchage. Les lumières 44 se trouvent alors en face des ouvertures 43, ce qui permet aux clavettes 42 de liberer l-'organe d'exten-sion 38 qui reprend sa position naturelle retractee et se desolidarise de la piece d'accrochage 36. Cette dernière est alors reprise par l'organe de retenue 39 et revient en position retractee dans le premier logement 35. En même temps, les clavettes 42 solidarisent le coulisseau cylin-drique 21 avec le corps de vanne 12. La vanne de securite 11 est ainsi desancree et peut être remontee à la surface.
On remarquera ~ue le passage interne à la vanne 11 est defini par le coulisseau cylindrique 21 qui ne com-porte aucune partie en saillie interne et présente peu d'irrégularites le long de sa surface interne. Il en resulte des pertes de charge minimales pour l'effluent qui s'ecoule dans un conduit presque lisse.
La vanne 11 peut aisement s'adapter à des profils differents de la gorge d'arrêt 6. Il suffit pour cela de changer la pièce d'accrochage 36.
Si l'on desire utiliser un organe d'obturation constitue par un boisseau spherique 59, on peut remplacer la portion support 20 du corps de vanne 12 par une portion support 60 portant un siège flottant 61 dans lequel peut pivoter le boisseau spherique 59 muni d'une gorge 62 rece-.~
.~
1~29~A~2 vant un ergot 63 solidaire de la portion 60, comme le représente la Fig. 6. Le coulisseau cylindrique 21, en se déplaçant verticalement, eniralne le si ge flottant 61 et fait ainsi tourner le boisseau sphérique 59, de mani8re connue en soi, au lieu d'ouvrir un clapet 13. Dans la liaison entre le coulisseau cylindrique 21 et le siège flottant on insère des goupilles cisaillables permettant la remontee du coulisseau cylindrique 21 lorsqu'on veut déverrouiller la vanne.
Les Fig. 7, 8 et 9 montrent comment on peut modi-fier la vanne representee sur la Fig. 1 et 2 pour l'adapter au cas o~ l'on veut installer à l'interieur du tube de pro-duction 1 un tube interne 64 afin de disposer d'un passage interne au tube interne et d'un passage annulaire entre tube interne et tube de production, notamment en vue d'un allègement au gaz de l'effluent. On a prevu essentiellement les modifications suivantes.
La portion superieure 16 du corps de vanne 12 est prolongée vers le haut par une coulisse 65 qui se visse à
sa partie inferieure sur un filetage 66 prevu au sommet de la portion 16 (ce filetage est visible aussi sur la Fig. 1 où il a été prevu pour permettre cette eventuelle adaptation bien qu'il ne soit pas utilisé dans le cas de la Fig. 1) et qui est liée à sa partie supérieure par un croisillon 67 au tube interne 64. Une goupille cisaillable 68 maintient la coulisse 65 en positlon fermée. Le tube interne 64 se termine légèrement au-dessu$ de la face inferieure de la butée annulaire 25 et présente dans sa partie inférieure au moins une lumière verticale 69 de longueur inférieure à la course de la couli~se 65 entre ses positions fermée et ouverte.
Le coulisseau cylindrique 21 porte, au moyen d'un croisillon de jonction 70, une portion tubulaire intermé-diaire 71 s'engageant de manière télescopique à l'intérieur D
1~9~4;~
du tube interne 64 avec lequel une liaison etanche est assuree par un joint moule en materiau elastomere 72. La bague d'appui 22 a ete un peu modifiee et elle est soli-daire du croisillon de jonction 70 dont elle assure la liaison avec la coulisseau cylindrique 21. La butee annulaire 25 a ete egalement un peu modifiée et une bague de centrage 73 facilite le cisaillement de la goupille 26.
La portion tubulaire intermediaire 71 porte un ergot 74 qui s'engage dans la lumiere 69 et vient pres de ou contre le bord superieur de cette lumiere 69 lorsque le coulisseau cylindrique 21 est en position haute normale, c'est-a-dire lorsque la bague d'appui 22 est contre la butee annulaire 25. La portion tubulaire intermediaire 71 porte dans sa partie inferieure un croisillon de centrage 75 qui assure le centrage de la portion tubulaire intermediaire 71 dans le coulisseau cylindrique 21. La portion tubulaire inter-mediaire 71 porte vers son extremite inferieure un joint moule en materiau elastomere 76 et elle se termine par un biseau 77 qui est situe plus bas que l'extremite inferieure du coulisseau cylindrique 21 et qui permet a la portion tubulaire intermediaire 71 d'agir sur le clapet 13 dans une region eloignee de la charnière 51.
La portion support 20 du corps de vanne 12 a reçu à son extremite inferieure une portion complementaire 78 qui porte, au moyen d'un croisillon de jonction 79, un tronçon tubulaire coaxial 80 apte à recevoir de maniere telescopique l'extremite inferieure de la portion tubulaire intermediaire 71, avec laquelle une liaison etanche s'effec-tue grâce au joint moule 76.
Le fonctionnement de la vanne de securite 11 est analogue dans le cas de la realisation selon les Fig. 7, 8 et 9 à celui de la realisation selon les Fig. 1 et 2, a la difference près que c'est la portion tubulaire intermédiaire 71 qui ouvre le clapet 13 et que le mouvement de descente ~, .
12;~9~2 du coulisseau cylindrique 21 se prolonge suffisamment pour provoquer l'emmanchement de l'extrémite inferieure de la portion tubulaire intermediaire 71 dans le tronçon tubulaire coaxial 80.
On voit ainsi que, selon le type d'organe d'obtu-ration 13 ou 59 et selon qué la vanne de securite 11 est utilisee ou non avec un tube interne 64, la course de la cage de piston 31 doit être differente. On prevoit alors, avec une realisation standard de la vanne de securite 11, de modifier cette course en inserant eventuellement dans la partie inferieure de l'espace annulaire 30 une bague flot-tante 81 de longueur appropriee, representee sur la Fig. 2 sans etre mise en place.
La descente de la vanne de securite 11 de la Fig.
6 s'effectue au moyen du tube interne 6~ au lieu que ce soit avec un cable, mais le mode de fonctionnement du sys-teme de verrouillage et du systeme de compression de la garniture d'etancheite supérieure 14 est le meme que celui decrit à propos de la Fig. 1.
La methode de deverrouillage et de repêchage est, par contre, un peu differente. On a tout d'abord la possi-bilite de deverrouiller la vanne de securite 11 en effec-tuant une rotation a droite du tube interne 64. Cette rotat~on entralne, par la coulisse 65 d'une part et par l'ergot 74 d'autre part, la rotation de l'ensemble de la vanne de sécurite, a l'exception de la piece d'accrochage 36 qui, normalement, reste coincee dans la gorge d'arret 6.
Cela fait remonter l'organe d'extension 38 et finalement le désolidarise de la piece d'accrochage 36 qui, n'etant plus tenue interieurement, peut etre reprise par l'organe de retenue 39. En meme temps, la garniture d'etancheite supe-rieure 14 est decomprimée.
A la place de ce mode de deverrouillage de la vanne de sécurite 11, on peut aussi utiliser une methode de ~Z29~42 traction et de battage vers le haut exercee sur le tube interne 64. Cette action provoque d'abord le cisaillement de la goupille 68, c'est-a-dire une demi-ouverture de la coulisse 65, ce qui permet à l'ergot 74 de venir en butée inferieure sur le bord inferieur de la lumière 69. En continuant à tirer sur le tube interne 64, on cisaille la goupille 26, ce qui libère la butee annulaire 25 et permet au coulisseau cylindrique 21 de venir dans sa position haute maximale de repêchage, definie par l'arrivee de la cage de piston 31 contre la premiere portion mediane 17 du corps de vanne 12. Les lumieres 44 se trouvent alors en face des ouvertures 43 et les clavettes 42 (Fig. 5) sont liberees. On retrouve ainsi le processus decrit prece-demment. La coulisse 65 est alors completement ouverte et c'est elle qui supporte le poids de l'ensemble de la vanne de securite 11, l'ergot 74 n'ayant servi qu'a effec-tuer les manoeuvres de déverrouillage, mais n'intervenant plus lors du repechage.
Dans une variante preferee de realisation selon les Fig. 10, 11 et 12, on voit que le ressort de rappel 23 se trouve dans un volume annulaire 82 rempli d'huile hydrau-lique lors de l'ouverture de la vanne. Ce volume annulaire 82, menagé entre le corps de vanne 12 et le coulisseau cylindrique 21, est delimite par un joint d'etancheité
supérieur 83 porte par le corps de vanne 12 et se trouvant au contact d'une portion supérieure 84 du coulisseau cylin-drique 21 le long d'une premiere circonférence et par un joint d'étanchéité inférieur 85 porté aussi par le corps de vanne 12 et se trouvant au contact d'une portion infé-rieure 86 du coulisseau 21 le long d'une deuxième circon-férence de diametre supérieur a celui de la premiere circon-férence, de maniere a créer une surface differentielle d'action de l'huile hydraulique sur le coulisseau 21. En modifiant simplement le diametre de la première circonfe-Y
.~
~ - 17 -~2~ 2 rence, on peut adapter la vanne a diverses profondeurs de puits.
On a menage dans ce volume 82 un système amortis-seur qui evite de soumettre le clapet 13 a des chocs dange-reux lors de sa fermeture sous une forte pression differen-tielle. Ce systeme amortisseur est constitue par un piston 87 muni d'une bague 88 en tetra~luorethylene rainuree dans le sens vertical pour creer des passages de laminage pour l'huile hydraulique contenue dans le volume 82. Ce piston 87, solidaire du coulisseau 21, sert egalement d'appui superieur pour le ressort de rappel precontraint 23. Dans l'exemple represente, le piston 87 est forme par une jonc-tion femelle portee par la portion superieure 84 du cou-lisseau 21 et liee par vissage a la portion inferieure 86 1 de ce coulisseau. Dans cette jonction, un espace est occupe par une cale entretoise 89 qui, dans une autre ver-sion de realisation, peut être remplacee par un croisillon 90 solidarisant le coulisseau 21 avec un tube interne 64, comme on peut le voi.r sur la Fig. 17.
La portion superieure 89 du coulisseau 21 porte une tête de repêchage 91 retenue vers le haut par une butée cisaillable 92. Entre le coulisseau 21 et le corps de vanne 12, on a forme, au-dessus du joint d'etancheite supe-rieur 83 et en dessous de la tete de repechage 91, une chambre a graisse 93 munie dans sa partie inferieure d'orifices calibrés 94 permettant, lors de la premi~re ouverture de la vanne, d'injecter une grai.sse silicone dans l'espace compris entre coulisseau 21 et corps de vanne 12 et d'éviter ainsi toute sédimentation, ce qui facilite grande-ment le retrait de la vanne le moment venu.
Le système de verrouillage comprend une bague élastique ouverte 95 d'accrochage munie d'une denture interne, des clavettes d'écartement 96 munies d'une denture externe et une bague cylindrique de retenue 97. Les cla-1229 1)4~
vettes d'ecartement 96 sont disposees dans des ouvertures 98 du corps de vanne 12 et elles sont retenues radialement par des ressorts 99 entourant l'ensemble des clavettes.
La bague cylindrique de retenue 97 est inseree exterieurement autour du coulisseau cylindrique 21 et elle écarte radialement les clavettes 96. Cette bague 97 se termine à sa partie superieure par une bride 100 sur la-quelle appuie le ressort de rappel 23 par l'intermediaire d'une rondelle 101. Ainsi, tout risque de deverrouillage accidentel de la vanne en cas de chocs est ecarte.
La bague elastique 95 se trouve maintenue en une position basse pendant la descente de la vanne dans le tube de production 1, comme on le voit sur la Fig. 14. Puis, cette bague 95 est retenue par le bord inferieur de la gorge d'arrêt 6 comme le montre la Fig. 15, ce qui permet un déplacement relatif de cette bague par rapport aux cla-vettes d'ecartement 96 qui s'engagent dans la bague 95 et la maintiennent radialement ecartee dans la gorge d'arrêt 6, comme on le voit sur la Fig. 11.
Un decrochement 102 dans la surface exterieure du coulisseau 21 se trouve dispose au-dessous de la partie inferieure de la bague cylindrique de retenue en position haute du coulisseau, de sorte que, lorsqu'on veut dever-rouiller la vanne, on tire vers le haut le coulisseau 21 en rompant la butee cisaillable 92, afin de remonter suffisam-ment le coulisseau 21 pour que la bague cylindrique de retenue 97, entraînee par ce coulisseau, degage les cla-vettes d'ecartement 96 et permette a celles-ci de se retrac-ter radialement en s'appuyant contre le coulisseau 21 et de libérer la bague elastique 95.
La garniture d'étancheité superieure 14 comprend:
une piece mobile en forme de double cône 103, un anneau d'étanchéite supérieur 104 disposé entre une butee 105 portée par le corps de vanne 12 et une surface conique 106 . . .
1229~2 de la pièce 103r un anneau d'étancheite inferieur 107 dispose entre l'autre surface conique 108 de la piece 103 et une bague mobile de compression 109. Cette bague 109 se trouve poussee vers le haut lor-sque la bague 95 s'encas-tre dans la gorge d'arrêt 6 et elle comprime directement l'anneau d'etancheite inferieur 107 et indirectement l'an-neau d'etancheite superieur 104. Ce systeme assure une bonne etancheité entre vanne et tube de production et il se retracte facilement, sans presenter de coincements lorsqu'on deverrouille la vanne.
Pour assurer l'égalisation des pressions de part et d'autre du clapet 13, on a prevu de disposer sur le corps de vanne 12, en dessous de la garniture d'etancheite inferieure 15, une soupape d'egalisation des pressions 110 qui est normale~ent fermee et qui se trouve ouverte au moment ou le coulisseau cylindrique 21 est pres de la posi-tion où il va ouvrir le clapet 13, par un bossage 111 porte par le coulisseau cylindrique 21. Sur la Fig. 12, le cou-lisseau 21 est en position haute et le bossage 111 se trouve au-dessus de la soupape 110. Sur la Fig. 16, le coulisseau 21 est en position basse et le bossage 111 se trouve en dessous de la soupape 110 après être passe au niveau de celle-ci lorsque le clapet 13 allait s'ouvrir.
Sur la Fig. 17, on a represente la partie supe-rieure d'une vanne de securite dans le cas d'un coulisseau 21 solidaire d'un tube interne 64. Une tête de repêchage 112, traversee par le tube interne 64, est a l'etat normal, reliée au corps de vanne 12, par une piece de liaison 113 dont la portion inferieure 114 se visse a gauche dans le corps de vanne 12 et dont une portion mediane 115 comporte une section retrecie, tandis qu'une poxtion superieure 116 presente un epaulement 117 destine à venir saisir une bague superieure 118 portee par le coulisseau 21 à son extremite superieure, lorsque la pièce de liaison 113 est rompue.
... .
-- ~0 --12;~9~
Ainsi, la tête de repechage 112 sert de butée superieure au coulisseau 21 en fonctionnement normal et permet d'en-tralner vers le haut ce coulisseau.21 apres rupture de la piece de liaison 113 soit par rotation, soit par traction.
On remarquera sur la Fig. 17 que l'extremite inferieure du tube interne 64 a ete munie d'un chanfrein 119 qui vient, en position basse de ce tube interne, s'appliquer sur une portee metallique 120 d'une suspension inferieure 121 solidaire du corps de ~anne. En dessous de la portee metallique 120, on a installe un joint à lèvre 122. Une cale de .reglage 123 permet de compenser en hau-teur les ecarts entre les positions relatives du tube interne 64 et du coulisseau 21.
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Claims (20)
1. Vanne de sécurité comportant un corps de vanne de forme générale cylindrique, un organe d'obturation à la partie inférieure de ce corps, un coulisseau cylindri-que capable de coulisser longitudinalement à l'intérieur dudit corps et d'entraîner dans son mouvement descendant l'ouverture de l'organe d'obturation, un système de ver-rouillage disposé dans des logements radialement extérieurs dudit corps et comprenant une pièce d'accrochage radialement extensible, apte à s'encastrer, à l'état expansé, dans une gorge d'arrêt extérieure audit corps, et deux garnitures d'étanchéité, l'une supérieure, l'autre inférieure, dispo-sées dans des régions radialement extérieures dudit corps et formant entre elles un espace destiné à recevoir un fluide de commande, caractérisée en ce que les deux garni-tures d'étanchéité sont disposées de part et d'autre longi-tudinalement du système de verrouillage.
2. Vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle ledit coulisseau cylindrique est solidaire d'une part d'une cage de piston s'appuyant de manière étan-che contre le corps de vanne et sur laquelle agit le fluide de commande pour la descente du coulisseau cylindrique et d'autre part d'une bague d'appui sur laquelle agit un ressort de rappel tendant à faire monter le coulisseau cylindrique, caractérisée en ce que la cage de piston et la bague d'appui sont l'une et l'autre disposées au-dessus du système de verrouillage.
3. Vanne de sécurité selon la revendication 2, dans laquelle le ressort de rappel est disposé dans un pre-mier espace annulaire formé entre le coulisseau cylindrique et le corps de vanne et la cage de piston est disposée dans un deuxième espace annulaire formé entre le coulisseau cylindrique et le corps de vanne, caractérisée en ce que ce premier espace annulaire est situé au-dessus de la garniture d'étanchéité supérieure tandis que ce deuxième espace annu-laire est situé au-dessous de la garniture d'étanchéité
supérieure, ces deux espaces annulaires étant séparés lon-gitudinalement par une première portion médiane du corps de vanne qui est radialement intérieure et qui porte la garni-ture d'étanchéité supérieure à sa périphérie radialement extérieure.
supérieure, ces deux espaces annulaires étant séparés lon-gitudinalement par une première portion médiane du corps de vanne qui est radialement intérieure et qui porte la garni-ture d'étanchéité supérieure à sa périphérie radialement extérieure.
4. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce d'accrochage est constituée par une bague élastique à profil extérieur adapté au profil de la gorge d'arrêt dans laquelle elle doit s'encastrer et à denture interne, tandis que le corps de vanne comporte un premier logement destiné à recevoir cette pièce d'accrochage en position non expansée et en position non pleinement active de celle-ci, ce premier logement étant bordé infé-rieurement par un organe de retenue qui est prévu pour retenir radialement et longitudinalement la pièce d'accro-chage et qui est solidaire du corps de vanne et supérieure-ment par un organe d'extension qui est disposé dans un deuxième logement du corps de vanne, qui est apte à s'in-sérer dans la pièce d'accrochage pour en parfaire l'expan-sion et qui est muni d'une denture externe apte à s'engager avec la denture interne de la pièce d'accrochage.
5. Vanne de sécurité selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdites dentures internes et ex-ternes sont des filets hélicoïdaux à hélice à gauche.
6. Vanne de sécurité selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pièce d'accrochage présente une position naturelle expansée tandis que l'organe d'extension est constitué par une bague élastique à position naturelle rétractée, à l'intérieur de laquelle sont disposées des clavettes de maintien radial.
7. Vanne de sécurité selon la revendication 6, caractérisée en ce que le fond radialement interne du deu-xième logement est percé d'ouvertures dans lesquelles passent lesdites clavettes pour s'appuyer contre ledit cou-lisseau cylindrique, tandis que celui-ci est percé, dans une région inférieure, de lumières aptes à venir en face desdites ouvertures si le coulisseau cylindrique est remonté
dans une position haute maximale de repêchage, une butée cisaillable étant montée sur le corps de vanne pour empê-cher, en fonctionnement normal, le coulisseau cylindrique d'atteindre cette position haute maximale de repêchage.
dans une position haute maximale de repêchage, une butée cisaillable étant montée sur le corps de vanne pour empê-cher, en fonctionnement normal, le coulisseau cylindrique d'atteindre cette position haute maximale de repêchage.
8. Vanne de sécurité selon la revendication 3, dans laquelle la garniture d'étanchéité supérieure est en un matériau élastique plein apte à être comprimé pour former étanchéité, caractérisée en ce qu'un tube d'espacement est fixé sur le corps de vanne par une goupille cisaillable, dans une position et sur une longueur telles qu'il heurte la pièce d'accrochage si celle-ci est retenue dans un mouve-ment descendant du corps de vanne et qu'après cisaillement de cette goupille, il comprime la garniture d'étanchéité
supérieure en s'appuyant sur la pièce d'accrochage.
supérieure en s'appuyant sur la pièce d'accrochage.
9. Vanne de sécurité selon la revendication 8, caractérisée en ce que le tube d'espacement est disposé
dans un troisième espace annulaire concentrique audit deu-xième espace annulaire et séparé radialement de celui-ci par une deuxième portion médiane du corps de vanne.
dans un troisième espace annulaire concentrique audit deu-xième espace annulaire et séparé radialement de celui-ci par une deuxième portion médiane du corps de vanne.
10. Vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle l'organe d'obturation est un clapet et qui est fixée vers l'extrémité inférieure d'un tube interne des-cendu dans un tube production muni de ladite gorge d'arrêt, pour disposer d'un passage interne au tube interne et d'un passage annulaire compris entre tube interne et tube de production, caractérisée en ce qu'un tronçon tubulaire coa-xial est fixé sur le corps de vanne en dessous de l'organe d'obturation et en ce qu'une portion tubulaire intermédiaire, coulissant, d'une part, de manière télescopique et étanche, en haut, le long du tube interne dont l'extrémité inférieure se trouve à une certaine distance au-dessus de l'organe d'obturation, et apte, d'autre part, à coulisser de manière télescopique et étanche, en bas, le long dudit tronçon tubulaire, est solidaire en déplacement longitudinal du coulisseau cylindrique et a une longueur telle que, suivant l'une ou l'autre de deux positions haute et basse du cou-lisseau cylindrique, elle puisse être soit entièrement située au-dessus de l'organe d'obturation fermé soit engagée avec ledit tronçon tubulaire, l'organe d'obturation étant alors ouvert.
11. Vanne de sécurité selon la revendication 10, caractérisée en ce que le corps de vanne est accroché
au tube interne par l'intérmediaire d'une coulisse pouvant s'étendre d'une position fermée à une position ouverte et munie d'une goupille cisaillable la maintenant en position fermée, tandis que ladite portion tubulaire intermédiaire porte un ergot engagé dans une lumière verticale du tube interne de manière à se trouver en haut de cette lumière verticale lors de ladite position haute dudit coulisseau cylindrique, la longueur de cette lumière verticale étant inférieure à la course de ladite coulisse comprise entre sa position fermée et sa position ouverte.
au tube interne par l'intérmediaire d'une coulisse pouvant s'étendre d'une position fermée à une position ouverte et munie d'une goupille cisaillable la maintenant en position fermée, tandis que ladite portion tubulaire intermédiaire porte un ergot engagé dans une lumière verticale du tube interne de manière à se trouver en haut de cette lumière verticale lors de ladite position haute dudit coulisseau cylindrique, la longueur de cette lumière verticale étant inférieure à la course de ladite coulisse comprise entre sa position fermée et sa position ouverte.
12. Vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle ledit coulisseau cylindrique est solidaire d'une bague d'appui sur laquelle agit un ressort de rappel tendant à faire monter le coulisseau cylindrique, caractéri-sée en ce que ce ressort de rappel est disposé au-dessus de la garniture d'étanchéité supérieure et se trouve dans un volume annulaire entre corps de vanne et coulisseau cylin-drique délimité par un joint d'étanchéité supérieur porté
par le corps de vanne et en contact avec une portion supé-rieure du coulisseau cylindrique et par un joint d'étanchéité
inférieur porté par le corps de vanne et en contact avec une portion inférieure du coulisseau cylindrique le long d'une circonférence de diamètre supérieur à celui de la circonférence de contact du joint supérieur avec ladite por-tion supérieure du coulisseau cylindrique, ce volume annu-laire étant destiné à être baigné par le fluide de commande.
par le corps de vanne et en contact avec une portion supé-rieure du coulisseau cylindrique et par un joint d'étanchéité
inférieur porté par le corps de vanne et en contact avec une portion inférieure du coulisseau cylindrique le long d'une circonférence de diamètre supérieur à celui de la circonférence de contact du joint supérieur avec ladite por-tion supérieure du coulisseau cylindrique, ce volume annu-laire étant destiné à être baigné par le fluide de commande.
13. Vanne de sécurité selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'un piston amortisseur à passages de laminage, solidaire du coulisseau cylindrique est disposé
dans ledit volume annulaire au-dessus dudit ressort de rappel pour amortir les déplacements dudit coulisseau cylin-drique.
dans ledit volume annulaire au-dessus dudit ressort de rappel pour amortir les déplacements dudit coulisseau cylin-drique.
14. Vanne de sécurité selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit ressort de rappel s'appuie, à
l'état comprimé, par sa partie inférieure, sur le corps de vanne par l'intermédiaire d'une partie supérieure d'une bague cylindrique de retenue disposée entre le coulisseau cylindrique et le corps de vanne pour maintenir la pièce d'accrochage du système de verrouillage en position d'expan-sion radiale, tandis qu'un décrochement formé dans le coulis-seau cylindrique est apte à entraîner vers le haut cette bague cylindrique de retenue, par la partie inférieure de celle-ci.
l'état comprimé, par sa partie inférieure, sur le corps de vanne par l'intermédiaire d'une partie supérieure d'une bague cylindrique de retenue disposée entre le coulisseau cylindrique et le corps de vanne pour maintenir la pièce d'accrochage du système de verrouillage en position d'expan-sion radiale, tandis qu'un décrochement formé dans le coulis-seau cylindrique est apte à entraîner vers le haut cette bague cylindrique de retenue, par la partie inférieure de celle-ci.
15. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce d'accrochage du système de verrouillage est une bague ouverte à denture interne et en ce que des clavettes d'écartement à denture externe sont insérées dans des ouvertures du corps de vanne au droit de la position d'encastrement de ladite pièce d'accrochage.
16. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour la garniture d'étanchéité supérieure, l'ensemble d'une pièce mobile en forme de double cône, d'un anneau d'étanchéité supérieur disposé entre une butée portée par le corps de vanne et l'une des deux surfaces coniques de ladite pièce en double cône, d'un anneau d'étanchéité inférieur disposé entre l'autre surface conique de ladite pièce en double cône et une bague mobile de compression, elle-même apte à être poussée par ladite pièce d'accrochage lorsque celle-ci vient s'encastrer dans ladite gorge d'arrêt.
17. Vanne de sécurité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps de vanne porte, en dessous de la garniture d'étanchéité inférieure, une soupape d'éga-lisation des pressions, normalement fermée et en ce que ladite portion inférieure du coulisseau cylindrique porte un bossage placé de manière à ouvrir ladite soupape lorsque ledit coulisseau cylindrique est près de la position où il va ouvrir l'organe d'obturation.
18. Vanne de sécurité selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite portion supérieure du cou-lisseau cylindrique, munie d'une tête de repêchage et ledit corps de vanne forment entre eux, au-dessus dudit joint supérieur une chambre à graisse reliée à l'extérieur dudit corps de vanne par des orifices inférieurs.
19. Vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle ledit coulisseau cylindrique est solidaire d'un tube interne pour créer un passage interne à ce tube interne et un passage annulaire extérieur à ce tube interne, caractérisée en ce qu'elle comprend un organe de repêchage attaché au corps de vanne au moyen d'une pièce de liaison à
portion vissée à gauche et à portion cisaillable pour former une butée supérieure pour le coulisseau cylindrique tandis que ce coulisseau cylindrique porte à son extrémité
supérieure une bague supérieure apte à être saisie par ledit organe de repêchage dans un mouvement ascendant de celui-ci lorsque ladite pièce de laison est rompue.
portion vissée à gauche et à portion cisaillable pour former une butée supérieure pour le coulisseau cylindrique tandis que ce coulisseau cylindrique porte à son extrémité
supérieure une bague supérieure apte à être saisie par ledit organe de repêchage dans un mouvement ascendant de celui-ci lorsque ladite pièce de laison est rompue.
20. Vanne de sécurité selon la revendication 1, dans laquelle la garniture d'étanchéité supérieure est en un matériau élastique plein apte à être comprimé pour former étanchéité, caractérisée en ce qu'un tube d'espacement est fixé sur le corps de vanne par une goupille cisaillable, dans une position et sur une longueur telles qu'il heurte la pièce d'accrochage si celle-ci est retenue dans un mouve-ment descendant du corps de vanne et qu'après cisaillement de cette goupille, il comprime la garniture d'étanchéité
supérieure en s'appuyant sur la pièce d'accrochage.
supérieure en s'appuyant sur la pièce d'accrochage.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR82.19954 | 1982-11-29 | ||
| FR8219954A FR2536783B1 (fr) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | Vanne de securite pour puits petrolier |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |