EP3237723B1 - Dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation et moyens de commande mis en oeuvre dans un tel dispositif d'isolation - Google Patents

Dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation et moyens de commande mis en oeuvre dans un tel dispositif d'isolation Download PDF

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EP3237723B1
EP3237723B1 EP15819827.5A EP15819827A EP3237723B1 EP 3237723 B1 EP3237723 B1 EP 3237723B1 EP 15819827 A EP15819827 A EP 15819827A EP 3237723 B1 EP3237723 B1 EP 3237723B1
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EP
European Patent Office
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duct
closing member
case
space
fluid
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15819827.5A
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German (de)
English (en)
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EP3237723A1 (fr
Inventor
Gwenaël TANGUY
Julie LE DUC
Romain Neveu
Samuel Roselier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saltel Industries SAS
Original Assignee
Saltel Industries SAS
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Filing date
Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/06—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells for setting packers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/127—Packers; Plugs with inflatable sleeve
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/10—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by control fluid supplied from outside the borehole
    • E21B34/102—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by control fluid supplied from outside the borehole with means for locking the closing element in open or closed position

Definitions

  • the invention relates to the field of drilling, including but not limited to the field of oil and geothermal drilling.
  • the invention relates to a device for isolating a portion of a well or pipe comprising a tubular conduit provided along its outer face with at least one radially expandable sleeve.
  • metal tubular conduit BP known in the English terminology of " casing ", an isolation device.
  • the BP line is placed inside a well A (it could however be a casing).
  • BP line On the outer surface of the BP line are several cylindrical metal jackets, only one sleeve C being shown on the Figures 1 and 2 .
  • the ends of the jacket C are sealingly attached to the face on the outer surface of the pipe BP, for example by means of rings or rings B.
  • An expansion opening O is formed in the wall of the LP pipe (it can be provided several openings), so as to communicate the internal space of the BP pipe with the annular space formed between the wall of the BP pipe and the shirt C.
  • the jacket C is covered over all or part of its length with a layer of elastically deformable material, for example elastomer, which constitutes a "sheet”, or “strip”, annular sealing D, a few millimeters thick.
  • the liner may be covered with several sealing modules, spaced apart from one another.
  • the jacket C, and in particular the annular sealing ply D, is fixed against the internal wall of the formation F, at the level of the zone to be sealed, by radial expansion.
  • This expansion operation is carried out, in the example illustrated, by hydroforming a fluid under pressure.
  • the liner is shown in its initial state, when its wall is not yet deformed, the pressure inside the pipe BP being noted P0.
  • the jacket C is expanded facing a cavity formed in the wall of the formation F.
  • the behavior of the material constituting the jacket C is such that it is possible for the jacket C to continue to expand as long as P1 pressure is applied ( figure 3A ). If the cavity is large enough, the material of the jacket C can then reach its limit of elongation and the jacket C can break, as illustrated in FIG. figure 3B .
  • the fluid coming from the pipe BP then spreads in the annular spaces EA1 and EA2 as illustrated by the arrows of the figure 3B .
  • the opening O is not closed, a pressure drop occurs inside the BP line since the latter is in communication with the annular spaces EA1 and EA2.
  • the patent document EP 2,607,613 A1 proposes a self-actuated shutter device which is in the form of a valve disposed in the communication opening between the inside of the pipe and the jacket. In case of rupture of the jacket, the valve moves from an open position, in which the fluid passes from the inside of the pipe inside the jacket, to a closed position, in which the fluid passage of the inside of the pipe inside the shirt is prevented.
  • the valve is, in its closed position, applied against the body in which is formed the opening of communication so as to close the latter.
  • the seal which is metal-on-metal, is not optimal.
  • the valve moves under the effect of a spring to its open position.
  • a radially expandable locking member which prevents the return of the valve to its open position.
  • the locking element must ensure only the locking of the valve in its closed position.
  • the invention therefore particularly aims to overcome all or part of these disadvantages of the prior art.
  • the object of the invention is, in at least one embodiment, to provide a device for controlling the fluid passage which is efficient and which fully fulfills its function in case of rupture of the jacket of a device. insulation of part of a well or pipe.
  • the shutter and sealing functions must be ensured whatever the liquid or gaseous medium in which the isolation device is used.
  • the invention manages to fulfill all or part of these objectives by means of an isolation device of a portion of a well or pipe comprising a pipe provided on its outer face with at least one outer jacket surrounding said pipe, the ends of the jacket being sealingly attached to the outer surface of the pipe, the jacket being able to expand radially and sealingly against the inner wall of the well or pipe, at least one expansion pipe communicating the interior of the pipe with the space between the outer surface of the pipe and the inner wall of the jacket, the at least one expansion pipe comprising passage control means of fluid under pressure between the inside of the pipe and the space.
  • the invention thus proposes a device for controlling the passage of fluid (or valve) between a tubular conduit, or " casing ", and a sleeve, or sleeve, that can be expanded by an isolation device for part of a well. or a pipe, such a control device being disposed in the expansion pipe connecting the " casing " to the inner space of the sleeve.
  • the control device comprises a first shutter member, in the form of a valve, movable between at least one open position allowing the passage of fluid during expansion of the liner and a first closed position when the fluid intended to expand the jacket and coming from the " casing " is purged (that is to say once the shirt has been expanded).
  • the first closure element can also take a second closed position (but not necessarily perfectly sealed), the second closed position being reached when the flow of fluid from the " casing " exceeds a predetermined threshold (typically 100l / min).
  • control device comprises a second shutter element which, during the expansion phase of the jacket, is fixed.
  • the second shutter member becomes movable and cooperates with the first shutter member to ensure an optimum seal between the inside and the outside. outside the pipe.
  • This second shutter element thus constitutes a locking element which prevents the return of the first movable shutter element to its open position, in the event of rupture of the jacket, thus preventing the flow of fluid from the inside of the casing. "outward or outside the” casing “towards the inside of the” casing ".
  • said second shutter member is a hollow element in which is mounted movably, along the longitudinal axis of said housing, said first shutter member.
  • said second shutter member has an inlet communicating with the inside of the pipe and an outlet orifice communicating with the space, said first movable shutter member closing said orifice in the first closed position and said outlet in the second closed position.
  • said second closure member disengaged from said housing, said first closure member and said second closure member cooperate by moving along the longitudinal axis of said housing so as to permanently close off said inlet port.
  • said first shutter member is integral with at least one spring secured to said housing and tending to move said first shutter member to said inlet port.
  • said second closure member is attached to a breakable portion of said housing.
  • the attachment of said second shutter member to said breakable portion is implemented by welding.
  • said breakable portion of said housing remains fixed to said second closure member when the latter closes from said housing.
  • said housing has a zone of weakness connecting said breakable portion of said housing to the remainder of said housing, said zone of weakness comprising at least one lumen formed in the wall of said housing.
  • the first movable shutter member carries first sealing means intended to come into contact with said second shutter member when the first movable shutter member closes said inlet orifice.
  • said second closure member carries second sealing means coming into contact with the inner wall of said housing.
  • said second closure member is fixed to said housing by gluing.
  • said second closure member is fixed to said housing by at least one shear pin.
  • said second closure member is held in said housing by a cover carrying breakable spring blades integral with said housing.
  • the invention also relates to control means implemented in an isolation device as described above.
  • the control device of the fluid passage according to the invention is intended to close / seal this expansion opening O in case of rupture of the jacket.
  • control device of the fluid passage according to the invention is disposed in the pipe connecting the expansion opening O of the BP line to the inner space E of the jacket C.
  • control device of the fluid passage, or valve, 1 is disposed in the expansion opening O which opens into the welded end of an isolation device, that is to say in the configuration of the figure 10 .
  • the control device of the fluid passage 1 is in the form of a sealed housing of substantially cylindrical shape.
  • This housing consists of a hollow base 2 closed by a hollow plug 3A delimiting a cylindrical interior space.
  • a first movable shutter member in the form of a valve 4, which can sealingly close the expansion opening O, so that the fluid passage is prohibited, in one sense as in the other.
  • valve 4 In an intermediate position (for example that of the Figure 4A ), the valve 4 allows the passage of the pressurized fluid from the inside of the BP line to the inner space E of the jacket C.
  • the valve 4 is biased downwards, that is to say towards the inside of the pipe BP, by a spring 8 which is fixed to the inner wall of the plug 3A.
  • the valve, or piston, 4 is vertically movable along an axis perpendicular to the longitudinal axis XX 'of the BP line, as shown in FIG. figure 10 .
  • the base 2 is screwed into the wall of the pipe, or " casing " BP.
  • the seal between the base 2 and the pipe BP is ensured, for example, by a conventional commercial product which seals the threads and which hardens after tightening (for example, a composition which cures in the absence of oxygen, said anaerobic curing composition).
  • the base 2 which is represented alone on the Figure 4B , is machined so as to present a zone of rupture or fragility (in the form of weak points) which is intended to break under a high pressure differential. More specifically, the base 2 is of hollow cylindrical shape and comprises an upper portion 201 breakable, a lower portion 206 and a central portion 204, the latter two portions being delimited on the outer surface of the base 2 by a circular rim 205 not continuous.
  • the breakable zone comprises three oblong slots 202 formed in the wall of the base 2 between the upper portion 201 and the central portion 204. These slots 202 extend in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the base 2 and are separated by material links 203 of small width / section which form break points, or weak points, intended to break under a high pressure differential of predetermined value.
  • the valve 4 comprises three parts, namely a cylindrical first end 41 of diameter greater than a cylindrical second end 43, the two ends being connected by a cylindrical central portion 42 of greater diameter than the first cylindrical end 41.
  • the first cylindrical end 41 of the valve 4 is integral with a cylindrical spiral spring 8 and is housed in the latter.
  • the spring 8 is further secured to the plug 3A.
  • the cylindrical second end 43 of the valve 4 is slidably guided in a cylindrical housing 132 formed in the base of a second closure member, hereinafter called base 13.
  • the base 13 which is cylindrical in shape, is mounted in the base 2 and is fixed, by its upper part, to the base 2 by at least one weld which is implemented above the breaking points 203 of the base 2, on the inner wall of the upper portion 201.
  • the weld or welds (tent) to block the translation of the base 13 relative to the base 2
  • connection of the base 13 in the base 2 may be envisaged, particularly by gluing.
  • the base 13 comprises an inlet orifice 131 of the annular fluid which is disposed in the base of the base 13 around the housing 132.
  • the inlet orifice 131 is connected to the inside of the pipe BP. It is noted that the outside diameter and the height of the base 13 are slightly smaller than the inside diameter and the height respectively of the base 2.
  • a ring 9 forming a stop is screwed into the upper part of the base 13.
  • the inner part 92 of the ring 9 defines a fluid passage, called an outlet orifice, in which the first cylindrical end 41 of the valve 4 moves.
  • the central part 42 of the valve 4 is able to move in the inner central portion 91 of the base 13, which forms a fluid passage.
  • the central portion 42 of the valve 4 is adapted to abut against one face of the ring 9, defining a first seat, so as to close the outlet orifice 92 or against the base of the base 13, defining a second seat, so as to close the inlet port 131.
  • the central portion 42 may further take at least one open intermediate position between these two closed positions where the valve 4 is "closed".
  • An annular-shaped seal 5 is adhered in an annular recess of the central portion 42 of the valve 4 so that even when a large flow of fluid passes into the control device 1, the seal 5 is not expelled from its housing. .
  • FIG. Figure 5A The inflation or expansion phase of the sleeve C of the device 1 is illustrated in FIG. Figure 5A .
  • the valve 4 opens.
  • the central portion of the valve 4 is located between the base 13 and the stop 9, at a distance from these two elements.
  • the fluid (schematically illustrated by arrows) can pass from the inside of the BP line to the inner space E of the jacket (not shown) through the inlet port 131, and then fluid passages 91, 92, 93 and finally the output port 94, the latter communicating with the inner space E of the sleeve (not shown).
  • the flow of fluid in the control device 1 can create a significant pressure drop.
  • the base 2 is dimensioned to resist this pressure drop. More precisely, the breaking points 203 are dimensioned so as not to break when subjected to this pressure drop.
  • the purge phase is illustrated on the Figure 5B .
  • the valve 4 moves downwardly sliding under the effect of the spring 8 (that is to say towards the base of the base 13), and closes.
  • the central portion 42 of the valve 4 is pressed against the base of the base 13 thus closing the inlet port 131 sealingly through the seal 5 (it is the second closed position of the valve 4).
  • a predetermined threshold " which is for example equal to 100 l / min
  • the pressure drop at the passage of the valve 4 is sufficient to exceed the force of the spring 8 and come close the valve 4, as shown in the Figure 5C .
  • valve 4 moves upwards (that is to say towards the ring 9) and its central portion 42 is pressed against the ring 9 preventing, or at least minimizing, the passage of the fluid from the passage 91 to the outlet orifice 92, and therefore from the BP line to the sleeve C, as shown by the arrows of the Figure 5C .
  • the valve 4 is then in its first closed position which is not, in this example, completely sealed because any leakage would be minimal compared to the flow of fluid flowing through the pipe BP (it can be provided a seal for optimize tightness however).
  • FIGS. 5D and 5E illustrate the activation of the locking function in the closed position of the valve 4 through the base 13, when the sleeve C is broken.
  • the predetermined pressure typically between 50 and 100 bar
  • the ring 9 being secured to the base 13 which moves upwards, the central portion 42 of the valve 4 is no longer in contact with the ring 9 but comes into contact with the base of the base 13 thus closing the inlet orifice 131, the seal being provided through joints 5 and 6 ( figure 5E ).
  • the base 13 becomes movable and cooperates with the valve 4 to ensure an optimum seal between the inside and outside of the BP line.
  • This base 13 thus constitutes a locking element which prevents the return of the valve 4 to its open position, in case of rupture of the jacket C.
  • the figure 5F illustrates the purge phase.
  • the spring 8 pushes the valve 4 and the base 13, which is now mobile, down (that is to say to the BP line).
  • the central portion 42 of the valve 4 is always in contact with the base of the base 13 thus closing the inlet orifice 131, sealing being ensured during this movement by the joints 5 and 6.
  • the assembly formed by the valve 4 and the base 13 is displaced, by pressure, in sliding in the base 2 until it abuts against the plug 3A , the seal being permanently ensured by the seals 5 and 6.
  • the spring 8 is dimensioned so that the valve 4 keeps a sealed contact with the base of the base 13 during the movement of these two parts upwards (ie to say towards the stopper 3A).
  • the fluid from the BP line can not pass from the inlet port 131 to the fluid passage 91.
  • the base 13 disengages from the base 2, the base 13 cooperates with the valve 4 to close the fluid passage between the inside and the outside of the BP pipe, whatever the pressures inside and outside the BP line.
  • control device of the fluid passage, or valve, 11 is also integrated in the welded end 110 of an isolation device, that is to say in the configuration of the figure 10 .
  • the control device of the fluid passage, or valve, 11 is of substantially cylindrical shape and comprises a hollow base 12 closed by a hollow plug 13A delimiting a sealed or substantially sealed cylindrical interior space.
  • the base 12 is screwed into the wall of the pipe, or " casing " BP.
  • the first cylindrical end 141 of the valve 14 is integral with a spring 18 and is housed in the latter.
  • the spring 18 is further secured to the plug 13A.
  • the cylindrical second end 143 of the valve 14 is slidably guided in a cylindrical housing 1132 formed in the base of a second closure member, called a base 113.
  • the base 113 which is cylindrical in shape, is fixedly mounted in the base 12 and comprises an inlet 1131 of the annular fluid which is disposed in the base of the base 113, around the housing 1132.
  • the inlet port 1131 is connected to the inside of the BP line. It is noted that the outside diameter and the height of the base 113 are slightly smaller than the inside diameter and the height respectively of the base 12.
  • the two cylindrical ends 141, 143 of the valve 14 are connected by a cylindrical central portion 142.
  • a commercial adhesive blocks the translation of the base 113 relative to the base 12, this adhesive being applied in the game 112 formed between the base 12 and the base 113.
  • two seals 17 whose function is to prevent the liquid glue from flowing in the game 112 are placed between the base 12 and the base 113 (the adhesive remaining liquid several hours after application).
  • An annular-shaped seal 15 is adhered in an annular housing of the central portion 142 of the valve 14 so that even when a large flow of fluid passes into the closure device 11, the seal 15 is not expelled from its seal. housing.
  • a ring 19 forming a seat for the valve 14 is screwed into the upper part of the base 113.
  • the fluid can flow from the inside of the BP line to the jacket (not shown) through the inlet port 1131, then communication spaces 191, 192, 193 and finally the outlet port 194, the latter communicating with the interior space of the shirt.
  • the inflation or expansion phase of the liner of the isolation device is illustrated on the Figure 9A .
  • the valve 14 opens.
  • the central portion of the valve 14 is located between the base 113 and the ring 19, substantially equidistant from these two elements.
  • the fluid passes from the inlet port 1131 connected to the inside of the BP line to the outlet port 194 connected to the sleeve C. It is noted that the base 113 is fixedly mounted in the base 12.
  • the clearance 112 between the base 12 and the base 113, the width and the diameter of the ring of adhesive applied in the game 112 (to block the translation of the base 113 relative to the base 12), and the shear resistance of this glue are dimensioned to withstand this loss of load and avoid shearing of the ring of glue (and thus the displacement of the base 113 relative to the base 12).
  • the purge phase is illustrated on the Figure 9B .
  • the valve 14 slidably moves downward (it closes under the effect of the spring 18), its central portion 142 coming to press against the base 113 then closing the orifice 1131 inlet sealingly through the seal 15.
  • a pressure close to the end inflation pressure is kept inside the liner.
  • the fluid from the jacket can not pass into the BP line.
  • the large volume under pressure in the BP line, released by the rupture of the liner, will cause a large increase in the flow rate at the passage of the valve 14.
  • the pressure drop at the passage of the valve 14 is sufficient to exceed the force of the spring 18 and come close the valve 14, as shown in the Figure 9C .
  • the valve 14 moves upwards and is pressed against the ring 19 preventing or minimizing the passage of fluid from the BP line to the jacket as shown by the arrows.
  • the Figures 9D and 9E illustrate the activation of the locking of the valve 14 in the closed position.
  • a predetermined threshold typically between 50 and 100 bar
  • the base 113 disengages from the base 12 and is pushed upwards, that is to say towards the ring 19, by the pressure ( Figure 9E ).
  • the pressure to shear the glue is determined by the width, the diameter of the glue ring, the clearance 112 and the shear strength of the glue.
  • the figure 9F illustrates the purge phase.
  • the spring 18 pushes the valve 14 and the base 113 downwards (that is to say towards the BP line), the valve 14 keeping a tight contact with the base of the base 113. In this movement, the seals 15 and 16 always seal.
  • the assembly formed by the valve 14 and the base 113 is pushed by the pressure in abutment to the plug 13A and the seal is permanently ensured by the seals 15 and 16.
  • the spring 18 is dimensioned so that the valve 14 keeps a sealed contact with the base 113 during the upward movement, that is to say towards the plug 13A, of these two parts 14, 113 which cooperate.
  • a third embodiment of a fluid passage control device, or valve, 21 is illustrated on the Figures 7A and 7B .
  • the operation of the valve 21 is substantially identical to that of the valves 1, 11 described above.
  • the valve 21 similarly comprises a base 22, a valve 24, a base 213 and a ring 29 which is fixedly mounted in the base 213.
  • a ring 295 having in its center an opening 2951 for the passage of the upper portion 241 of the valve 24, and which is provided on its periphery with leaf spring 2952 spaced apart from each other.
  • the ring 295 is fixed on the top of the base 22, shirt side, the ends of the spring blades 2952 being “clipped” in a groove machined in the base 22.
  • the length and the thickness of the spring blades 2952 as well as the depth of the groove of the base 12 are calibrated to break at a determined pressure.
  • the seal 25 is here of the type of flange seal.
  • shear pins 396 are provided which are arranged (by screwing, for example) in radial holes formed around the periphery of the base 32. These shear pins 396 are integral with the base 313. The diameter and the material of the shear pins 396 are calibrated to break at a predetermined pressure.

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Description

    1. Domaine de l'invention
  • L'invention se rapporte au domaine du forage, et notamment, mais non exclusivement, au domaine du forage pétrolier et géothermique.
  • Plus précisément encore, l'invention concerne un dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation comprenant une conduite tubulaire pourvue le long de sa face externe d'au moins une chemise radialement expansible.
    • 2. Solutions de l'art antérieur
  • Dans la suite de la description, l'invention sera décrite, à titre d'exemple, dans le domaine de la production pétrolière.
  • L'exploitation des puits, qu'ils soient verticaux ou horizontaux, nécessite de pouvoir étanchéifier certaines régions de ce puits par rapport à d'autres, par exemple pour délimiter une zone à l'intérieur de laquelle il sera possible d'intervenir ultérieurement. Pour ce faire, il est connu d'utiliser un dispositif d'isolation.
  • Pour illustrer l'état de la technique en la matière, on a représenté sur les figures 1 et 2 annexées, une portion de conduite tubulaire métallique BP, connue sous la terminologie anglaise de « casing », d'un dispositif d'isolation. La conduite BP est mise en place à l'intérieur d'un puits A (il pourrait toutefois s'agir d'un cuvelage).
  • Sur la surface externe de la conduite BP s'étendent plusieurs chemises cylindriques en métal, seule une chemise C étant représentée sur les figures 1 et 2. Les extrémités de la chemise C sont fixées de manière étanche à la face sur la surface externe de la conduite BP, par exemple par l'intermédiaire d'anneaux ou de bagues B.
  • Une ouverture d'expansion O est ménagée dans la paroi de la conduite BP (il peut être prévu plusieurs ouvertures), de manière à faire communiquer l'espace interne de la conduite BP avec l'espace annulaire ménagé entre la paroi de la conduite BP et la chemise C.
  • De façon classique, la chemise C est recouverte sur toute ou partie de sa longueur d'une couche de matériau élastiquement déformable, par exemple en élastomère, laquelle constitue une « nappe », ou « bande », annulaire d'étanchéité D, de quelques millimètres d'épaisseur. Dans une variante, la chemise peut être recouverte de plusieurs modules d'étanchéité, espacés les uns des autres.
  • La chemise C, et en particulier la nappe annulaire d'étanchéité D, est fixée contre la paroi interne de la formation F, au niveau de la zone à étanchéifier, par expansion radiale. Cette opération d'expansion est réalisée, dans l'exemple illustré, par hydroformage d'un fluide sous pression.
  • Sur la figure 1, la chemise est représentée dans son état initial, lorsque sa paroi n'est pas encore déformée, la pression à l'intérieur de la conduite BP étant notée P0.
  • Comme illustré sur la figure 2, lorsqu'une pression prédéterminée P1 de fluide (préférentiellement un liquide tel que de l'eau) est mise en oeuvre à l'intérieur de la conduite BP (ceci est illustré par les flèches), cette pression est communiquée dans l'espace intérieur E de la chemise C, via l'ouverture O, qui s'expanse radialement (par rapport à l'axe X-X') au-delà de sa limite de déformation élastique. Ce faisant, la nappe D de matériau élastomère rentre en contact avec la paroi interne de la formation F et vient se comprimer contre cette dernière de façon à isoler de manière étanche les espaces annulaires EA1 et EA2 qui sont disposés de part et d'autre de la chemise C.
  • Il arrive parfois que la chemise C soit expansée face à une cavité formée dans la paroi de la formation F. Le comportement du matériau constituant la chemise C est tel qu'il est possible que la chemise C continue à s'expanser tant qu'une pression P1 est appliquée (figure 3A). Si la cavité est suffisamment grande, le matériau de la chemise C peut alors atteindre sa limite d'allongement et la chemise C peut se rompre, comme illustré sur la figure 3B. Le fluide provenant de la conduite BP se répand alors dans les espaces annulaires EA1 et EA2 comme illustré par les flèches de la figure 3B.
  • L'ouverture O n'étant pas obturée, une chute de pression intervient à l'intérieur de la conduite BP puisque cette dernière est en communication avec les espaces annulaires EA1 et EA2.
  • Il n'est alors plus possible d'expanser les autres chemises (non visibles) portées par la conduite BP, ce qui s'avère problématique.
  • En outre, ceci engendre une perte d'intégrité (c'est-à-dire d'étanchéité) de la conduite tubulaire métallique BP.
  • Des solutions ont été proposées pour obturer l'ouverture O dans ce type de situation.
  • Le document de brevet EP 2 607 613 A1 propose un dispositif d'obturation auto-actionné qui se présente sous la forme d'un clapet disposé dans l'ouverture de communication entre l'intérieur de la conduite et la chemise. En cas de rupture de la chemise, le clapet se déplace d'une position ouverte, dans laquelle le fluide passe de l'intérieur de la conduite à l'intérieur de la chemise, à une position fermée, dans laquelle le passage du fluide de l'intérieur de la conduite à l'intérieur de la chemise est empêché.
  • Cette approche est, selon son principe, intéressante. Cependant, sa mise en pratique s'avère peu efficace.
  • En effet, dans une première version, le clapet est, dans sa position fermée, appliqué contre le corps dans lequel est ménagé l'ouverture de communication de façon à obturer ainsi cette dernière. L'étanchéité, qui est du type métal sur métal, n'est toutefois pas optimale. En outre, dès lors que la pression à l'intérieur de la conduite est relâchée, le clapet se déplace sous l'effet d'un ressort vers sa position ouverte.
  • Dans une deuxième version, il est prévu un élément de verrouillage expansible radialement qui empêche le retour du clapet vers sa position ouverte.
  • Toutefois, si la pression augmente dans l'espace annulaire situé entre l'extérieur de la conduite et la formation, l'élément de verrouillage doit assurer seul le blocage du clapet dans sa position fermée.
  • Il existe donc un besoin important d'amélioration de cette approche, pour optimiser le verrouillage du clapet dans sa position fermée, en cas de rupture de la chemise, de façon simple et efficace.
    • 3. Objectifs de l'invention
  • L'invention a donc notamment pour objectif de pallier tout ou partie de ces inconvénients de l'art antérieur.
  • Plus précisément, l'invention a pour objectif, dans au moins un mode de réalisation, de fournir un dispositif de commande du passage de fluide qui soit performant et qui remplit pleinement sa fonction en cas de rupture de la chemise d'un dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation.
  • Les fonctions d'obturation et d'étanchéité devront être assurées quelque que soit le milieu liquide ou gazeux dans lequel est mis en oeuvre le dispositif d'isolation.
  • Un autre objectif de l'invention, dans au moins un mode de réalisation, est de fournir un tel dispositif de commande :
    • qui est simple à mettre en oeuvre et compact ;
    • qui conserve ses qualités d'étanchéité sur une plage large de températures et de pressions ;
    • qui présente une bonne tenue dans le temps.
    4. Exposé de l'invention
  • L'invention parvient à remplir tout ou partie de ces objectifs grâce à un dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation comprenant une conduite pourvue, sur sa face externe, d'au moins une chemise externe entourant ladite conduite, les extrémités de la chemise étant fixées de manière étanche sur la surface externe de la conduite, la chemise étant susceptible de s'expanser radialement et de venir s'appliquer de manière étanche contre la paroi intérieure du puits ou de la canalisation, au moins une conduite d'expansion faisant communiquer l'intérieur de la conduite avec l'espace situé entre la surface externe de la conduite et la paroi intérieure de la chemise, ladite au moins une conduite d'expansion comprenant des moyens de commande du passage de fluide sous pression entre l'intérieur de la conduite et l'espace.
  • Selon l'invention, lesdits moyens de commande comprennent :
    • un boîtier situé dans la conduite d'expansion et communiquant d'une part avec l'intérieur de la conduite et d'autre part avec l'espace,
    • un premier organe d'obturation situé dans ledit boîtier et mobile entre une première position fermée et étanche où le fluide ne peut pas circuler de l'espace vers la conduite, une deuxième position fermée, la deuxième position fermée étant atteinte lorsque le débit de fluide de la conduite vers l'espace dépasse un seuil prédéterminé et au moins une positon intermédiaire ouverte entre ces deux positions fermées dans laquelle l'écoulement de fluide de la conduite vers l'espace est autorisé ;
    • un deuxième organe d'obturation monté fixe dans ledit boîtier et configuré pour se désolidariser dudit boîtier lorsque le premier organe d'obturation est dans la deuxième position fermée et que la différence de pression entre la conduite et l'espace dépasse un seuil prédéterminé, de façon à coopérer avec le premier organe d'obturation et à empêcher l'écoulement du fluide de la conduite vers l'espace ou de l'espace vers la conduite, quelle que soit la pression à l'intérieur ou à l'extérieur de la conduite.
  • L'invention propose ainsi un dispositif de commande du passage de fluide (ou valve) entre une conduite tubulaire, ou "casing", et un manchon, ou chemise, expansible d'un dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation, un tel dispositif de commande étant disposé dans la conduite d'expansion reliant le "casing" à l'espace intérieur du manchon.
  • De façon classique, le dispositif de commande comprend un premier élément d'obturation, sous la forme d'un clapet, mobile entre au moins une position ouverte permettant le passage de fluide lors de l'expansion de la chemise et une première position fermée lorsque le fluide destiné à expanser la chemise et provenant du "casing" est purgé (c'est-à-dire une fois la chemise expansée).
  • Dans le cas où la chemise rompt lors de son expansion, le premier élément d'obturation peut en outre prendre une deuxième position fermée (mais non nécessairement parfaitement étanche), la deuxième position fermée étant atteinte lorsque le débit de fluide provenant du "casing" dépasse un seuil prédéterminé (typiquement 100l/min).
  • En outre, le dispositif de commande comprend un deuxième élément d'obturation qui, durant la phase d'expansion de la chemise, est fixe.
  • La chemise étant rompue, dans le cas où la pression côté "casing" augmente et dépasse un seuil prédéterminé, le deuxième élément d'obturation devient mobile et coopère avec le premier élément d'obturation pour assurer une étanchéité optimale entre l'intérieur et l'extérieur de la conduite.
  • Ce deuxième élément d'obturation constitue ainsi un élément de verrouillage qui empêche le retour du premier élément d'obturation mobile vers sa position ouverte, en cas de rupture de la chemise, empêchant ainsi l'écoulement du fluide de l'intérieur du "casing" vers l'extérieur ou de l'extérieur du "casing" vers l'intérieur du "casing".
  • Une telle approche permet non seulement d'éviter une chute de pression à l'intérieur du "casing", mais aussi d'assurer le blocage du premier élément d'obturation dans sa position fermée si la pression augmente dans l'espace annulaire situé entre l'extérieur du "casing" et la formation.
  • La solution de l'invention résout ainsi les problèmes de l'art antérieur de façon simple et efficace.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation est un élément creux dans lequel est monté mobile, selon l'axe longitudinal dudit boîtier, ledit premier organe d'obturation.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation présente un orifice d'entrée communiquant avec l'intérieur de la conduite et un orifice de sortie communiquant avec l'espace, ledit premier organe d'obturation mobile obturant ledit orifice d'entrée dans la première position fermée et ledit orifice de sortie dans la deuxième position fermée.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation désolidarisé dudit boîtier, ledit premier organe d'obturation et ledit deuxième organe d'obturation coopèrent en se déplaçant selon l'axe longitudinal dudit boîtier de façon à obturer de façon permanente ledit orifice d'entrée.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit premier organe d'obturation est solidaire d'au moins un ressort solidaire dudit boîtier et tendant à déplacer ledit premier organe d'obturation vers ledit orifice d'entrée.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation est fixé à une portion sécable dudit boîtier.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, la fixation dudit deuxième organe d'obturation à ladite portion sécable est mise en oeuvre par soudage.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ladite portion sécable dudit boîtier reste fixée audit deuxième organe d'obturation lorsque ce dernier se désolidarise dudit boîtier.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit boîtier présente une zone de fragilité reliant ladite portion sécable dudit boîtier au reste dudit boîtier, ladite zone de fragilité comprenant au moins une lumière ménagée dans la paroi dudit boîtier.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, le premier organe mobile d'obturation porte des premiers moyens d'étanchéité destinés à venir en contact avec ledit deuxième organe d'obturation lorsque le premier organe mobile d'obturation obture ledit orifice d'entrée.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation porte des deuxièmes moyens d'étanchéité venant en contact avec la paroi intérieure dudit boîtier.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation est fixé audit boîtier par collage.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation est fixé audit boîtier par au moins un pion de cisaillement.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, ledit deuxième organe d'obturation est maintenu dans ledit boîtier par un capot portant des lames ressort sécables solidaires dudit boîtier.
  • Selon un aspect particulier de l'invention, lesdits moyens de commande sont disposés au moins en partie :
    • dans une ouverture ménagée dans la paroi de la conduite en regard de la chemise, ou
    • dans les moyens de fixation de la chemise sur ladite conduite, ou encore
    • à l'extérieur de ladite chemise, entre la paroi de la conduite et les moyens de fixation de la chemise.
  • L'invention concerne, par ailleurs, des moyens de commande mis en oeuvre dans un dispositif d'isolation tel que décrit précédemment.
  • Selon l'invention, lesdits moyens de commande comprennent :
    • un boîtier situé dans la conduite d'expansion et communiquant d'une part avec l'intérieur de la conduite et d'autre part avec l'espace,
    • un premier organe d'obturation situé dans ledit boîtier et mobile entre une première position fermée et étanche où le fluide ne peut pas circuler de l'espace vers la conduite, une deuxième position fermée, la deuxième position fermée étant atteinte lorsque le débit de fluide de la conduite vers l'espace dépasse un seuil prédéterminé et au moins une positon intermédiaire ouverte entre ces deux positions fermées dans laquelle l'écoulement de fluide de la conduite vers l'espace est autorisé ;
    • un deuxième organe d'obturation monté fixe dans ledit boîtier et configuré pour se désolidariser dudit boîtier lorsque le premier organe d'obturation est dans la deuxième position fermée et que la différence de pression entre la conduite et l'espace dépasse un seuil prédéterminé, de façon à coopérer avec le premier organe d'obturation et à empêcher l'écoulement du fluide de la conduite vers l'espace ou de l'espace vers la conduite, quelle que soit la pression à l'intérieur ou à l'extérieur de la conduite.
    5. Liste des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de la technique décrite apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donné à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :
    • les figures 1 et 2 sont des vues schématiques, selon un plan de coupe longitudinal, d'un dispositif d'isolation conforme à l'état de la technique, montrant respectivement une chemise expansible à l'état d'origine et une fois déformé radialement ;
    • les figures 3A et 3B sont des vues en coupe schématique longitudinale du dispositif d'isolation des figures 1 et 2 lorsque la chemise est expansée face à une cavité formée dans la paroi d'un puits de forage ;
    • la figure 4A est une vue en coupe schématique d'un dispositif de commande selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 4B est une vue en perspective du deuxième élément d'obturation du dispositif de commande de la figure 4A ;
    • les figures 5A à 5H illustrent le fonctionnement du dispositif de commande de la figure 4A ;
    • la figure 6A est une vue en coupe schématique d'un dispositif de commande selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 6B étant une vue de détail de la figure 6A;
    • la figure 7A est une vue en coupe schématique d'un dispositif de commande selon un troisième mode de réalisation de l'invention, la figure 7B étant une vue de détail de la figure 7A ;
    • la figure 8 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de commande selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ;
    • les figures 9A à 9H illustrent le fonctionnement du dispositif de commande de la figure 6A ;
    • les figures 10 à 12 illustrent schématiquement différentes mises en oeuvre possibles du dispositif de commande de l'invention.
    6. Description
  • On présente par la suite plusieurs modes de réalisation du dispositif de commande du passage de fluide, ou valve, conforme à l'invention destiné à être mis en place dans un dispositif d'isolation tel que décrit, par exemple, en relation avec les figures 1 et 2.
  • On note, en préambule, que le dispositif de commande du passage de fluide conforme à l'invention peut être monté :
    • dans la paroi de la conduite BP et une des extrémités B soudées (figure 10) d'un tel dispositif d'isolation, ou
    • dans la paroi de la conduite BP sous la chemise C (figure 11), ou
    • dans la paroi de la conduite BP, à l'extérieur de la chemise C et des extrémités soudées B, sur un côté de ces dernières (figure 12).
  • Pour ce faire, il est nécessaire de prévoir une ouverture d'expansion O dans la paroi de la conduite BP dans lequel est monté le dispositif de commande du passage de fluide conforme à l'invention.
  • Le dispositif de commande du passage de fluide conforme à l'invention est destiné à fermer/obturer cette ouverture d'expansion O en cas de rupture de la chemise.
  • Des flèches illustrent de façon schématique le passage de fluide sous pression de l'intérieur de la conduite BP à l'espace intérieur E de la chemise C, via le dispositif de commande du passage de fluide 1 conforme à l'invention.
  • Dans une variante, le dispositif de commande du passage de fluide conforme à l'invention est disposé dans la conduite reliant l'ouverture d'expansion O de la conduite BP à l'espace intérieur E de la chemise C.
    • Premier mode de réalisation
  • Dans le premier mode de réalisation décrit en relation avec la figure 4A, le dispositif de commande du passage de fluide, ou valve, 1 est disposé dans l'ouverture d'expansion O qui débouche dans l'extrémité 10 soudée d'un dispositif d'isolation, c'est-à-dire dans la configuration de la figure 10.
  • Le dispositif de commande du passage de fluide 1 se présente sous la forme d'un boîtier étanche de forme sensiblement cylindrique. Ce boîtier est constitué d'une embase 2 creuse fermée par un bouchon 3A creux délimitant un espace intérieur cylindrique. Dans cet espace est monté un premier organe mobile d'obturation, sous la forme d'un clapet 4, qui peut obturer de façon étanche l'ouverture d'expansion O, de sorte que le passage de fluide est interdit, dans un sens comme dans l'autre.
  • Dans une position intermédiaire (par exemple celle de la figure 4A), le clapet 4 autorise le passage du fluide sous pression de l'intérieur de la conduite BP vers l'espace intérieur E de la chemise C.
  • Le clapet 4 est sollicité vers le bas, c'est-à-dire vers l'intérieur de la conduite BP, par un ressort 8 qui est fixé à la paroi intérieure du bouchon 3A.
  • Le clapet, ou piston, 4 est mobile verticalement selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X' de la conduite BP, tel qu'illustré sur la figure 10.
  • L'embase 2 est vissée dans la paroi de la conduite, ou "casing", BP. L'étanchéité entre l'embase 2 et la conduite BP est assurée, par exemple, par un produit classique du commerce qui assure l'étanchéité des filetages et qui durcit après serrage (par exemple, une composition qui durcit en absence d'oxygène, dite composition à durcissement anaérobie).
  • L'embase 2, qui est représentée seule sur la figure 4B, est usinée de manière à présenter une zone de rupture ou de fragilité (sous la forme de points faibles) qui est destinée à rompre sous un fort différentiel de pression. Plus précisément, l'embase 2 est de forme cylindrique creuse et comprend une portion supérieure 201 sécable, une portion inférieure 206 et une portion centrale 204, ces deux dernières portions étant délimitées sur la surface extérieure de l'embase 2 par un rebord 205 circulaire non continu.
  • Dans cet exemple, la zone sécable comprend trois lumières 202 oblongues ménagées dans la paroi de l'embase 2 entre la portion supérieure 201 et la portion centrale 204. Ces lumières 202 s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'embase 2 et sont séparées par des liens de matière 203 de faible largeur/section qui forment des points de rupture, ou points faibles, destinés à rompre sous un fort différentiel de pression de valeur prédéterminée.
  • Comme représenté sur la figure 4A, le clapet 4 comprend trois parties, à savoir une première extrémité 41 cylindrique de diamètre supérieur à une deuxième extrémité 43 cylindrique, les deux extrémités étant reliées par une partie centrale 42 cylindrique de diamètre supérieur à la première extrémité 41 cylindrique.
  • La première extrémité 41 cylindrique du clapet 4 est solidaire d'un ressort 8 spiral cylindrique et est logé dans ce dernier. Le ressort 8 est en outre solidaire du bouchon 3A. La deuxième extrémité 43 cylindrique du clapet 4 est guidée en coulissement dans un logement 132 cylindrique ménagé dans la base d'un deuxième organe d'obturation, appelé par la suite socle 13.
  • Le socle 13, qui est de forme cylindrique, est monté dans l'embase 2 et est fixé, par sa partie supérieure, à l'embase 2 par au moins une soudure qui est mise en oeuvre au-dessus des points de rupture 203 de l'embase 2, sur la paroi intérieure de la portion supérieure 201. En d'autres termes, la ou les soudures permet(tent) de bloquer la translation du socle 13 par rapport à l'embase 2
  • Bien évidemment, d'autres types de solidarisation du socle 13 dans l'embase 2 peuvent être envisagés, par collage notamment.
  • Le socle 13 comprend un orifice d'entrée 131 du fluide de forme annulaire qui est disposé dans la base du socle 13, autour du logement 132. L'orifice d'entrée 131 est relié à l'intérieur de la conduite BP. On note que le diamètre extérieur et la hauteur du socle 13 sont légèrement inférieurs au diamètre intérieur et à la hauteur respectivement de l'embase 2.
  • Une bague 9 formant butée est vissée dans la partie supérieure du socle 13. La partie intérieure 92 de la bague 9 définit un passage de fluide, dit orifice de sortie, dans lequel se déplace la première extrémité 41 cylindrique du clapet 4. La partie centrale 42 du clapet 4 est apte à se déplacer dans la partie centrale intérieure 91 du socle 13, qui forme une passage de fluide. En particulier, la partie centrale 42 du clapet 4 est apte à venir en butée contre une face de la bague 9, définissant un premier siège, de façon à obturer l'orifice de sortie 92 ou contre la base du socle 13, définissant un deuxième siège, de façon à obturer l'orifice d'entrée 131. La partie centrale 42 peut en outre prendre au moins une position intermédiaire ouverte entre ces deux positions d'obturation où le clapet 4 est "fermé".
  • Un joint 5 de forme annulaire est collé dans un logement annulaire de la partie centrale 42 du clapet 4 de sorte que même lorsqu'un fort débit de fluide passe dans le dispositif de commande 1, le joint 5 n'est pas expulsé de son logement.
  • La phase de gonflage ou d'expansion de la chemise C du dispositif ce commande 1 est illustrée sur la figure 5A. Lorsqu'une pression prédéterminée P1 du fluide est atteinte dans la conduite BP, le clapet 4 s'ouvre. La partie centrale du clapet 4 est située entre le socle 13 et la butée 9, à distance de ces deux éléments.
  • Dans la position ouverte du clapet 4 des figures 4A et 5A, le fluide (illustré schématiquement par des flèches) peut passer de l'intérieur de la conduite BP vers l'espace intérieur E de la chemise (non illustrée) par le biais de l'orifice d'entrée 131, puis des passages de fluide 91, 92, 93 et enfin du port de sortie 94, ce dernier communiquant avec l'espace intérieur E de la chemise (non illustrée).
  • On rappelle que durant cette phase d'expansion de la chemise C, le socle 13 est monté fixe dans l'embase 2, l'étanchéité entre ces deux pièces 2, 13 étant assurée par le joint torique 6.
  • Durant cette phase de remplissage de la chemise C, le débit de fluide dans le dispositif de commande 1 peut créer une importante perte de charge. L'embase 2 est dimensionnée pour résister à cette perte de charge. Plus précisément, les points de rupture 203 sont dimensionnés pour ne pas rompre lorsqu'ils sont soumis à cette perte de charge.
  • La phase de purge est illustrée sur la figure 5B. Dès que la pression dans la conduite BP est purgée, le clapet 4 se déplace en coulissement vers le bas sous l'effet du ressort 8 (c'est-à-dire vers la base du socle 13), et se ferme. La partie centrale 42 du clapet 4 vient se plaquer contre la base du socle 13 obturant ainsi l'orifice d'entrée 131 de façon étanche par le biais du joint 5 (il s'agit de la deuxième position fermée du clapet 4).
  • De ce fait, une pression proche de la pression de fin de gonflage est conservée à l'intérieur de la chemise C. Comme illustré par la flèche sur la figure 5B, le fluide provenant de la chemise C ne peut donc pas passer du passage 91 vers l'orifice d'entrée 131 communiquant avec l'intérieur de la conduite BP.
  • Dans le cas où la chemise C expansible rompt lors de la phase de remplissage (illustrée sur la figure 5A), l'important volume sous pression dans la conduite BP, libéré par la rupture de la chemise C, entraîne une forte augmentation du débit de fluide au passage du clapet 4. Lorsque le débit de fluide dépasse un seuil prédéterminée", qui est par exemple égal à 100l/min, la perte de charge au passage du clapet 4 est suffisante pour dépasser l'effort du ressort 8 et venir fermer le clapet 4, comme illustré sur la figure 5C.
  • En d'autres termes, le clapet 4 se déplace en coulissement vers le haut (c'est-à-dire vers la bague 9) et sa partie centrale 42 vient se plaquer contre la bague 9 empêchant, ou à tout le moins minimisant, le passage du fluide du passage 91 vers l'orifice de sortie 92, et donc de la conduite BP vers la chemise C, comme le montrent les flèches de la figure 5C. Le clapet 4 est alors dans sa première position fermée qui n'est pas, dans cet exemple, totalement étanche du fait qu'une fuite éventuelle serait minime par rapport au débit de fluide qui parcourt la conduite BP (il peut être prévu un joint pour optimiser l'étanchéité toutefois).
  • Les figures 5D et 5E illustrent l'activation de la fonction blocage en position fermée du clapet 4 par le biais du socle 13, lorsque la chemise C est rompue.
  • Une fois le clapet 4 en position fermée, cette position étant illustrée sur la figure 5C, si la pression dans la conduite BP dépasse un seuil prédéterminé (typiquement compris entre 50 à 100 bar) pour rompre les points de rupture 203 de l'embase 2 (flèches de la figure 5D), alors le socle 13 se désolidarise de l'embase 2 et est poussé en coulissement vers le haut (c'est-à-dire vers le bouchon 3A) sous l'effet de la pression (figure 5E). On note que la portion supérieure 201 de l'embase 2 se désolidarise de cette dernière mais reste solidaire du socle 13 une fois que les points de rupture 203 sont rompus.
  • La pression prédéterminée (typiquement comprise entre 50 à 100 bar) permettant la rupture des points de rupture 203 de l'embase 2 est déterminée par les sections de matière restantes sur l'embase 2. La bague 9 étant solidaire du socle 13 qui se déplace vers le haut, la partie centrale 42 du clapet 4 n'est plus en contact avec la bague 9 mais rentre en contact avec la base du socle 13 obturant ainsi l'orifice d'entrée 131, l'étanchéité étant assurée par l'intermédiaire des joints 5 et 6 (figure 5E).
  • On note que dans les positions du clapet 4 illustrées sur les figures 5D et 5E, la partie supérieure 41 du clapet 4 est en contact avec la surface intérieure du bouchon 3A.
  • En résumé, dans le cas où la chemise C rompt lors de son expansion, le socle 13 devient mobile et coopère avec le clapet 4 pour assurer une étanchéité optimale entre l'intérieur et l'extérieur de la conduite BP.
  • Ce socle 13 constitue ainsi un élément de verrouillage qui empêche le retour du clapet 4 vers sa position ouverte, en cas de rupture de la chemise C.
  • Une telle approche permet non seulement d'éviter une chute de pression à l'intérieur de la conduite BP, mais aussi d'assurer le blocage du clapet 4 dans sa position fermée si la pression augmente dans l'espace annulaire situé entre l'extérieur de la conduite BP et la formation du puits.
  • La solution de l'invention résout ainsi les problèmes de l'art antérieur de façon simple et efficace.
  • La figure 5F illustre la phase de purge. Lorsque la pression est purgée dans la conduite BP, le ressort 8 pousse le clapet 4 et le socle 13, qui est maintenant mobile, vers le bas (c'est-à-dire vers la conduite BP). La partie centrale 42 du clapet 4 est toujours en contact avec la base du socle 13 obturant ainsi l'orifice d'entrée 131, l'étanchéité étant assurée au cours de ce mouvement par les joints 5 et 6.
  • Comme illustré sur la figure 5G, si la pression augmente à l'intérieur de la conduite BP, l'ensemble formé par le clapet 4 et le socle 13 est déplacé, par la pression, en coulissement dans l'embase 2 jusqu'à venir en butée contre le bouchon 3A, l'étanchéité étant assurée en permanence par les joints 5 et 6. Le ressort 8 est dimensionné pour que le clapet 4 garde un contact étanche avec la base du socle 13 lors du mouvement de ces deux pièces vers le haut (c'est-à-dire vers le bouchon 3A). Comme illustré par les flèches, le fluide provenant de la conduite BP ne peut pas passer de l'orifice d'entrée 131 vers le passage de fluide 91.
  • Comme illustré sur la figure 5H, si la pression augmente entre la conduite BP et la paroi du puits (on parle de "côté annulaire"), la chemise C étant rompue, l'ensemble formé par le clapet 4 et le socle 13 est poussé en butée par le ressort 8 et la pression contre l'embase 2, l'étanchéité étant assurée en permanence par les joints 5 et 6. Le clapet 4 garde un contact étanche avec la base du socle 13 lors du mouvement de ces deux pièces vers le bas (c'est-à-dire vers la conduite BP). Comme illustré par les flèches, le fluide provenant du port de sortie 94 ne peut pas passer du passage de fluide 91 vers l'orifice d'entrée 131 communiquant avec l'intérieur de la conduite BP.
  • En d'autres termes, une fois le socle 13 désolidarisé de l'embase 2, le socle 13 coopère avec le clapet 4 pour obturer le passage de fluide entre l'intérieur et l'extérieur de la conduite BP, quelles que soient les pressions à l'intérieur et à l'extérieur de la conduite BP.
    • Deuxième mode de réalisation
  • Dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 6A, le dispositif de commande du passage de fluide, ou valve, 11 conforme à l'invention est également intégré dans l'extrémité 110 soudée d'un dispositif d'isolation, c'est-à-dire dans la configuration de la figure 10.
  • Le dispositif de commande du passage de fluide, ou valve, 11 est de forme sensiblement cylindrique et comprend une embase 12 creuse fermée par un bouchon 13A creux délimitant un espace intérieur cylindrique étanche ou quasi-étanche. Dans cet espace est monté un premier organe d'obturation, sous la forme d'un clapet ou piston, 14, qui est mobile verticalement selon un axe perpendiculaire à l'axe X-X' de la conduite telle qu'illustrée sur la figure 10.
  • L'embase 12 est vissée dans la paroi de la conduite, ou "casing", BP.
  • La première extrémité 141 cylindrique du clapet 14 est solidaire d'un ressort 18 et est logé dans ce dernier. Le ressort 18 est en outre solidaire du bouchon 13A. La deuxième extrémité 143 cylindrique du clapet 14 est guidée en coulissement dans un logement 1132 cylindrique ménagé dans la base d'un deuxième organe d'obturation, appelé socle 113. Le socle 113, qui est de forme cylindrique, est monté fixe dans l'embase 12 et comprend un orifice d'entrée 1131 du fluide de forme annulaire qui est disposé dans la base du socle 113, autour du logement 1132. L'orifice d'entrée 1131 est relié à l'intérieur de la conduite BP. On note que le diamètre extérieur et la hauteur du socle 113 sont légèrement inférieurs au diamètre intérieur et à la hauteur respectivement de l'embase 12.
  • Les deux extrémités cylindriques 141, 143 du clapet 14 sont reliées par une partie centrale cylindrique 142.
  • Dans cet exemple, une colle du commerce permet de bloquer la translation du socle 113 par rapport à l'embase 12, cette colle étant appliquée dans le jeu 112 ménagé entre l'embase 12 et le socle 113. Comme illustré sur la vue de détail de la figure 6B, deux joints 17 ayant pour fonction d'empêcher la colle liquide de couler dans le jeu 112 sont placés entre l'embase 12 et le socle 113 (la colle restant liquide plusieurs heures après son application).
  • Un joint 15 de forme annulaire est collé dans un logement annulaire de la partie centrale 142 du clapet 14 de sorte que même lorsqu'un fort débit de fluide passe dans le dispositif d'obturation 11, le joint 15 n'est pas expulsé de son logement.
  • Une bague 19 formant un siège pour le clapet 14 est vissée dans la partie supérieure du socle 113.
  • Dans la position ouverte du clapet 14 illustrée sur la figure 6A, le fluide peut passer de l'intérieur de la conduite BP vers la chemise (non illustrée) par le biais de l'orifice d'entrée 1131, puis des espaces de communication 191, 192, 193 et enfin du port de sortie 194, ce dernier communiquant avec l'espace intérieur de la chemise.
  • La phase de gonflage ou d'expansion de la chemise du dispositif d'isolation est illustrée sur la figure 9A. Lorsqu'une certaine pression est atteinte dans la conduite BP, le clapet 14 s'ouvre. La partie centrale du clapet 14 est située entre le socle 113 et la bague 19, sensiblement à égale distance de ces deux éléments.
  • Comme illustré par les flèches, le fluide passe de l'orifice d'entrée 1131 relié à l'intérieur de la conduite BP vers le port de sortie 194 relié à la chemise C. On note que le socle 113 est monté fixe dans l'embase 12.
  • Durant cette phase de remplissage de la chemise, le débit dans le dispositif d'obturation 11 crée une importante perte de charge.
  • Le jeu 112 entre l'embase 12 et le socle 113, la largeur et le diamètre de la couronne de colle appliquée dans le jeu 112 (pour bloquer la translation du socle 113 par rapport à l'embase 12), et la résistance au cisaillement de cette colle sont dimensionnés pour résister à cette perte de charge et éviter le cisaillement de la couronne de colle (et donc le déplacement du socle 113 par rapport à l'embase 12).
  • La phase de purge est illustrée sur la figure 9B. Dès que la pression dans la conduite BP est purgée, le clapet 14 se déplace en coulissement vers le bas (il se ferme sous l'effet du ressort 18), sa partie centrale 142 venant se plaquer contre le socle 113 obturant alors l'orifice d'entrée 1131 de façon étanche par le biais du joint 15. De ce fait, une pression proche de la pression de fin de gonflage est conservée à l'intérieur de la chemise. Comme illustré par la flèche, le fluide provenant de la chemise ne peut donc pas passer dans la conduite BP.
  • Dans le cas où la chemise expansible rompt lors de la phase de remplissage (cette phase est illustrée sur la figure 9A), l'important volume sous pression dans la conduite BP, libéré par la rupture de la chemise, va entrainer une forte augmentation du débit au passage du clapet 14. Lorsque le débit dépasse un seuil prédéterminé de l'ordre de 1000l/min, la perte de charge au passage du clapet 14 est suffisante pour dépasser l'effort du ressort 18 et venir fermer le clapet 14, comme illustré sur la figure 9C. En d'autres termes, le clapet 14 se déplace vers le haut et vient se plaquer contre la bague 19 empêchant, ou minimisant, le passage du fluide de la conduite BP vers la chemise comme le montrent les flèches.
  • Les figures 9D et 9E illustrent l'activation du blocage du clapet 14 en position fermée. Une fois le clapet 14 en position fermée, dans la position de la figure 9C, si la pression dans la conduite BP dépasse un seuil prédéterminé (typiquement compris entre 50 et 100 bars) pour cisailler la couronne de colle contenue dans l'espace/jeu 112 entre les pièces 113 et 12 (figure 9D), alors le socle 113 se désolidarise de l'embase 12 et est poussé vers le haut, c'est-à-dire vers la bague 19, par la pression (figure 9E). La pression permettant de cisailler la colle est déterminée par la largeur, le diamètre de la couronne de colle, le jeu 112 et la résistance au cisaillement de la colle. La bague 19 étant solidaire du socle 113 qui se déplace vers le haut, la partie centrale 142 du clapet 14 n'est plus en contact avec la bague 19 mais rentre en contact avec la base du socle 113, l'étanchéité étant assurée par l'intermédiaire des joints 15 et 16 (figure 9E).
  • La figure 9F illustre la phase de purge. Lorsque la pression est purgée dans la conduite BP, le ressort 18 repousse le clapet 14 et le socle 113 vers le bas (c'est-à-dire vers la conduite BP), le clapet 14 gardant un contact étanche avec la base du socle 113. Dans ce mouvement, les joints 15 et 16 assurent toujours l'étanchéité.
  • Comme illustré sur la figure 9G, si la pression augmente à l'intérieur de la conduite BP, l'ensemble formé par le clapet 14 et le socle 113 est poussé par la pression en butée jusqu'au bouchon 13A et l'étanchéité est assurée en permanence par les joints 15 et 16. Le ressort 18 est dimensionné pour que le clapet 14 garde un contact étanche avec le socle 113 lors du mouvement vers le haut, c'est-à-dire vers le bouchon 13A, de ces deux pièces 14, 113 qui coopèrent.
  • Comme illustré sur la figure 9H, si la pression augmente dans l'espace annulaire entre la conduite BP et la formation du puits, l'ensemble formé par le clapet 14 et le socle 113 est poussé, par le ressort 18 et la pression, en butée contre l'embase 12, l'étanchéité étant assurée en permanence durant ce déplacement par les joints 15 et 16.
  • Un troisième mode de réalisation d'un dispositif de commande de passage du fluide, ou valve, 21 est illustré sur les figures 7A et 7B. Le fonctionnement de la valve 21 est sensiblement identique à celui des valves 1, 11 décrites précédemment. La valve 21 comprend de la même façon une embase 22, un clapet 24, un socle 213 et une bague 29 qui est montée fixe dans le socle 213.
  • Contrairement aux précédents modes de réalisation qui prévoient une solidarisation par soudage ou collage du socle 13, 113 avec l'embase 2, 12, il est prévu ici une couronne 295 présentant en son centre une ouverture 2951 permettant le passage de la partie supérieure 241 du clapet 24, et qui est pourvue, sur sa périphérie, de lames ressort 2952 espacées les unes des autres. La couronne 295 est fixée sur le dessus de l'embase 22, côté chemise, les extrémités des lames ressort 2952 étant "clipsés" dans une gorge usinée dans l'embase 22.
  • La longueur et l'épaisseur des lames ressort 2952 ainsi que la profondeur de la gorge de l'embase 12 sont calibrés pour rompre à une pression déterminée. Le joint 25 est ici du type joint de bride.
  • Dans le quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 8, il est prévu des pions de cisaillement 396 qui sont disposés (par vissage, par exemple) dans des trous radiaux ménagés sur le pourtour de l'embase 32. Ces pions de cisaillement 396 sont solidaires du socle 313. Le diamètre et le matériau des pions de cisaillement 396 sont calibrés pour rompre à une pression prédéterminée.
  • Le dispositif de commande de passage du fluide, ou valve, conforme à l'invention permet ainsi :
    • de remplir la chemise pour l'expanser avec un débit élevé sans que le clapet ne ferme l'ouverture d'expansion O. En effet, une des contraintes du terrain est la taille des pompes utilisées pour effectuer l'expansion de la chemise. Les pompes utilisées sont des pompes qui servent pour l'injection de fluide lors des phases de forage ou de cimentation, et qui présentent donc un fort débit (supérieur à 100 litres/min, le volume d'expansion d'une chemise étant de 3 à 30 litres environ). Ce fort débit ne doit pas fermer le clapet lors de la phase d'expansion ;
    • de conserver la pression à l'intérieur de la chemise après son expansion ;
    • de bloquer/obturer l'ouverture d'expansion O en cas de rupture de la chemise, le blocage se faisant de façon permanente avec un joint en élastomère notamment.

Claims (16)

  1. Dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation comprenant une conduite (BP) pourvue, sur sa face externe, d'au moins une chemise externe entourant ladite conduite (BP), les extrémités de la chemise (C) étant fixées de manière étanche sur la surface externe de la conduite (BP), la chemise (21) étant susceptible de s'expanser radialement et de venir s'appliquer de manière étanche contre la paroi intérieure du puits ou de la canalisation, au moins une conduite d'expansion (O) faisant communiquer l'intérieur de la conduite (BP) avec l'espace (E) situé entre la surface externe de la conduite (BP) et la paroi intérieure de la chemise (C),
    ladite au moins une conduite d'expansion (O) comprenant des moyens de commande du passage de fluide sous pression entre l'intérieur de la conduite (BP) et l'espace (E),
    ledit dispositif étant caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent :
    - un boîtier (2, 3A) situé dans la conduite d'expansion (O) et communiquant d'une part avec l'intérieur de la conduite (BP) et d'autre part avec l'espace (E) ;
    - un premier organe d'obturation (4) situé dans ledit boîtier (2, 3A) et mobile entre une première position fermée et étanche où le fluide ne peut pas circuler de l'espace (E) vers la conduite (BP), une deuxième position fermée atteinte lorsque le débit de fluide de la conduite (BP) vers l'espace (E) dépasse un seuil prédéterminé et au moins une positon intermédiaire ouverte entre ces deux positions fermées dans laquelle l'écoulement de fluide de la conduite (BP) vers l'espace (E) est autorisé ;
    - un deuxième organe d'obturation (13) monté fixe dans ledit boîtier (2, 3A) et configuré pour se désolidariser dudit boîtier (2, 3A) lorsque le premier organe d'obturation (4) est dans la deuxième position fermée et que la différence de pression entre la conduite (BP) et l'espace (E) dépasse un seuil prédéterminé, de façon à coopérer avec le premier organe d'obturation (4) et à empêcher l'écoulement du fluide de la conduite (BP) vers l'espace (E) ou de l'espace (E) vers la conduite (BP), quelle que soit la pression à l'intérieur ou à l'extérieur de la conduite (BP).
  2. Dispositif d'isolation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) est un élément creux dans lequel est monté mobile, selon l'axe longitudinal dudit boîtier (2, 3A), ledit premier organe d'obturation (4).
  3. Dispositif d'isolation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) présente un orifice d'entrée (131) communiquant avec l'intérieur de la conduite (BP) et un orifice de sortie (92) communiquant avec l'espace (E), ledit premier organe d'obturation (4) mobile obturant ledit orifice d'entrée (131) dans la première position fermée et ledit orifice de sortie (92) dans la deuxième position fermée.
  4. Dispositif d'isolation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une fois ledit deuxième organe d'obturation (13) désolidarisé dudit boîtier (2, 3A), ledit premier organe d'obturation (4) et ledit deuxième organe d'obturation (13) coopèrent en se déplaçant selon l'axe longitudinal dudit boîtier (2, 3A) de façon à obturer de façon permanente ledit orifice d'entrée (131).
  5. Dispositif d'isolation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit premier organe d'obturation (4) est solidaire d'au moins un ressort (8) solidaire dudit boîtier (2, 3A) et tendant à déplacer ledit premier organe d'obturation (4) vers ledit orifice d'entrée (131).
  6. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) est fixé à une portion sécable dudit boîtier (2, 3A).
  7. Dispositif d'isolation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fixation dudit deuxième organe d'obturation (13) à ladite portion sécable est mise en oeuvre par soudage.
  8. Dispositif d'isolation selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite portion sécable dudit boîtier (2, 3A) reste fixée audit deuxième organe d'obturation (13) lorsque ce dernier se désolidarise dudit boîtier (2, 3A).
  9. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ledit boîtier (2, 3A) présente une zone de fragilité reliant ladite portion sécable dudit boîtier (2, 3A) au reste dudit boîtier (2, 3A), ladite zone de fragilité comprenant au moins une lumière ménagée dans la paroi dudit boîtier (2, 3A).
  10. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que le premier organe mobile d'obturation (4) porte des premiers moyens d'étanchéité (5) destinés à venir en contact avec ledit deuxième organe d'obturation (13) lorsque le premier organe mobile d'obturation (4) obture ledit orifice d'entrée (131).
  11. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) porte des deuxièmes moyens d'étanchéité (6) venant en contact avec la paroi intérieure dudit boîtier (2, 3A).
  12. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) est fixé audit boîtier (2, 3A) par collage.
  13. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) est fixé audit boîtier (2, 3A) par au moins un pion de cisaillement.
  14. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit deuxième organe d'obturation (13) est maintenu dans ledit boîtier (2, 3A) par un capot portant des lames ressort sécables solidaires dudit boîtier (2, 3A).
  15. Dispositif d'isolation selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont disposés au moins en partie :
    - dans une ouverture (O) ménagée dans la paroi de la conduite (BP) en regard de la chemise (C), ou
    - dans les moyens de fixation de la chemise (C) sur ladite conduite (BP), ou encore
    - à l'extérieur de ladite chemise (C), entre la paroi de la conduite (BP) et les moyens de fixation de la chemise (C).
  16. Moyens de commande mis en oeuvre dans un dispositif d'isolation d'une partie d'un puits ou d'une canalisation selon l'une des revendications 1 à 15, ledit dispositif d'isolation comprenant une conduite (BP) pourvue, sur sa face externe, d'au moins une chemise externe entourant ladite conduite (BP), les extrémités de la chemise (C) étant fixées de manière étanche sur la surface externe de la conduite (BP), la chemise (21) étant susceptible de s'expanser radialement et de venir s'appliquer de manière étanche contre la paroi intérieure du puits ou de la canalisation, au moins une conduite d'expansion (O) faisant communiquer l'intérieur de la conduite (BP) avec l'espace (E) situé entre la surface externe de la conduite (BP) et la paroi intérieure de la chemise (C), ladite au moins une conduite d'expansion (O) comprenant lesdits moyens de commande du passage de fluide sous pression entre l'intérieur de la conduite (BP) et l'espace (E), caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent :
    - un boîtier (2, 3A) situé dans la conduite d'expansion (O) et communiquant d'une part avec l'intérieur de la conduite (BP) et d'autre part avec l'espace (E) ;
    - un premier organe d'obturation (4) situé dans ledit boîtier (2, 3A) et mobile entre une première position fermée et étanche où le fluide ne peut pas circuler de l'espace (E) vers la conduite (BP), une deuxième position fermée atteinte lorsque le débit de fluide de la conduite (BP) vers l'espace (E) dépasse un seuil prédéterminé et au moins une positon intermédiaire ouverte entre ces deux positions fermées dans laquelle l'écoulement de fluide de la conduite (BP) vers l'espace (E) est autorisé ;
    - un deuxième organe d'obturation (13) monté fixe dans ledit boîtier (2, 3A) et configuré pour se désolidariser dudit boîtier (2, 3A) lorsque le premier organe d'obturation (4) est dans la deuxième position fermée et que la différence de pression entre la conduite (BP) et l'espace (E) dépasse un seuil prédéterminé, de façon à coopérer avec le premier organe d'obturation (4) et à empêcher l'écoulement du fluide de la conduite (BP) vers l'espace (E) ou de l'espace (E) vers la conduite (BP), quelle que soit la pression à l'intérieur ou à l'extérieur de la conduite (BP).
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