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WO2009050030A2 - Dispositif de commande d ' un outil gonflable - Google Patents

Dispositif de commande d ' un outil gonflable Download PDF

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WO2009050030A2
WO2009050030A2 PCT/EP2008/063043 EP2008063043W WO2009050030A2 WO 2009050030 A2 WO2009050030 A2 WO 2009050030A2 EP 2008063043 W EP2008063043 W EP 2008063043W WO 2009050030 A2 WO2009050030 A2 WO 2009050030A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
tool
pipe
pressure
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/063043
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English (en)
Other versions
WO2009050030A3 (fr
Inventor
Jean-Louis Saltel
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saltel Industries SAS filed Critical Saltel Industries SAS
Priority to US12/738,354 priority Critical patent/US8291984B2/en
Publication of WO2009050030A2 publication Critical patent/WO2009050030A2/fr
Publication of WO2009050030A3 publication Critical patent/WO2009050030A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/04—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells operated by fluid means, e.g. actuated by explosion
    • E21B23/042—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells operated by fluid means, e.g. actuated by explosion using a single piston or multiple mechanically interconnected pistons
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an inflatable bladder tool for the treatment of a well or pipe, for example a casing.
  • Such a tool comprises a flexible and elastic annular membrane carried by a mandrel, able to expand radially under the action of an internal pressure developed by a fluid, generally a liquid, which is introduced inside the membrane and is brought to a high pressure.
  • a fluid generally a liquid
  • the tool can in particular be used as a shutter to temporarily isolate from one another two portions of the well or the pipe.
  • the tool having been introduced axially and positioned in the zone separating said portions, it is inflated, so that its membrane is intimately applied against the inner wall of the well or the pipe, by closing it.
  • the bladder can also be used as a hydraulic forming tool for lining a portion of the well wall or the pipe.
  • the bladder is introduced axially into a radially expandable tube, for example steel, whose outer diameter is slightly smaller than the internal diameter of the portion to be treated.
  • a radially expandable tube for example steel
  • the tool When the tool is inflated, its wall expands radially and causes the radial expansion of the surrounding tube, forcing the wall thereof to plastically deform (beyond its elastic limit), and to press against the inner wall of the well or the pipe.
  • the bladder may be removed, but the tube remains applied against the well wall or the channel and forms an inner liner.
  • the inflatable bladder either as a shutter or as a hydroforming liner, it is often necessary to develop a very high pressure inside the bladder in order to inflate it.
  • a first technique consists in generating the pressure within the well itself by means of an immersed ad hoc system.
  • the pressurized fluid is generated on the surface of the well and applied to the bladder via appropriate transfer means.
  • the reference P y denotes the wall of the well, which is vertical, the reference S the surface of the soil in which the well is dug, the reference L the liquid which is present in the lower part of the well, and the reference Hi the height of the well. air above the liquid level.
  • Reference 1 designates an inflatable bladder tool, comprising a flexible and elastic, radially expandable, annular membrane supported by upper end 11 and lower end tips 12.
  • This tool in the non-inflated state, has been lowered inside the well into a zone to be treated which is immersed in the liquid L at a depth H 2 .
  • the tool is surrounded by a liquid whose pressure is proportional to the height of liquid H 2 - Hi.
  • the supply of the tool 1 in inflation fluid in this case liquid (water, for example) is provided by a single conduit 2 A from the surface S.
  • this power is provided by a pair of non-communicating conduits 2B and 2 'B, in which the fluid flows.
  • One of the two channels serves only to control the deflation.
  • 1 is also provided by means of a pair of ducts 2C and 2 'C, here communicating;
  • One of the channels (2C) communicates with the tool via a pneumatically controlled valve V, driven by the (gaseous) fluid supplied by the other channel (2'C).
  • the first solution (Figure IA) has the disadvantage that it is not possible to deflate the tool when the dry column (corresponding to the height Hi) is too large. Indeed, the column of liquid contained in the conduit 2A generates in the tool an excessively high pressure relative to the external pressure, which prohibits deflation.
  • the second solution overcomes this difficulty by a circulation of the fluid according to the principle of communicating vessels.
  • the time required for purging is excessively long.
  • the object of the invention is to provide a control device for inflating and deflating the tool that can be used by a single connection path with the surface, while being simple and robust design, easy of use, and able to work effectively even at great depths, whatever the pressure differential between the inside and outside spaces of the membrane.
  • This device is therefore connected to a single duct for supplying pressurized fluid, and is interposed between the outlet of this duct and an integral endpiece of the tool, through which the inlet and the outlet of the fluid take place. ensure inflation and deflation.
  • said piston normally occupies, under the action of said spring, a first position, in which it closes the outlet of said supply duct, said duct or purge port then communicating with said duct via chambers of the enclosure;
  • said pipe is provided with at least one first non-return valve, calibrated spring, which allows the passage of pressurized fluid from the chamber to the tool when the pressure upstream of the valve exceeds a specific threshold value, and only in this case, and which prohibits the passage of fluid in the opposite direction.
  • this channel has at least two branches connected in parallel, one of which is provided with said first non-return valve, and the other is provided with a second anti-return valve.
  • -Return the latter allowing the passage of fluid from the tool to the enclosure when the tool side pressure is greater than or equal to the pressure on the speaker side, and only in this case, and which prohibits the passage of fluid in the opposite direction.
  • FIG. 2 diagrammatically represents a possible embodiment of the device of the invention, shown at rest, before or after an inflation operation of the tool.
  • Figures 3 and 4 are diagrams similar to that of Figure 2 respectively at the beginning and during the operation.
  • the scale of the device has been greatly exaggerated in relation to that of the tool 1 to which it is connected.
  • This device designated by the reference 3 is mounted at the lower end of the vertical supply duct 2 of the inflation fluid, and interposed between the latter and the upper nozzle 11 of the tool 1.
  • the tip 11 is tubular and allows the passage of the liquid inside the membrane 10.
  • the other endpiece 12 is a solid piece, acting as a closure cap.
  • the two tips 11 and 12 are advantageously guided in axial translation so that they can move closer or apart from each other when the bladder is inflated or, respectively, deflated.
  • This device 3 comprises a tubular enclosure 4, mounted in a sealed manner at the end of the duct 2, coaxially with it. In the lower part the enclosure 4 is closed by a flat bottom wall 400.
  • a calibrated helical compression spring 55 is disposed in the lower chamber 40 and interposed between the bottom 400 and the piston head 50 so as to push it upwards, in the position illustrated in FIG. 2.
  • the piston head 50 comes in abutment against the horizontal annular zone 401 which makes the transition between the lower 40 and central 41 chambers.
  • the central chamber 41 communicates with the outside by a horizontal pipe 6 , of short length, arranged radially with respect to the median vertical axis of the chamber 4. This communication could equally well be via one or more orifices pierced in the wall of the chamber 41.
  • the upper chamber 42 communicates with the tubular tip 11 of the tool 1 via pipes comprising a first main pipe 30, two parallel pipes 31-32 connected in parallel, and a second main pipe 33.
  • the pipe 31 passes through a non-return valve 8 provided with a ball 80 capable of closing the outlet orifice 800.
  • the portions of the pipe 31 located upstream and downstream of this valve - if we consider the direction of flow of the fluid from the chamber 42 to the inflatable bladder 1 -, respectively bear the references 31a and 31b.
  • the pipe 32 passes through a non-return valve 9 provided with a ball 90 capable of closing the inlet orifice 900 and the portions of the pipe 32 located upstream and downstream of the valve respectively carry references 32a and 32b.
  • the ball 80 is pressed down against the seat of the valve 8, closing its passage opening 800, when the fluid pressure in the upstream portion 31a is greater than the fluid pressure in the downstream portion 31b; conversely, it raises and releases the orifice 800 if the fluid pressure in the upstream portion 31a is less than or equal to the fluid pressure in the downstream portion 31b.
  • the fluid can then pass through this orifice (from bottom to top in the figures).
  • the ball 90 is urged upwards by a spring calibrated so as to be normally applied against the seat of the valve 9, thus closing its passage opening 900.
  • a spring calibrated so as to be normally applied against the seat of the valve 9, thus closing its passage opening 900.
  • the inflatable tool 1, and the device 3 which it is secured, are lowered into the well to the desired depth.
  • the bladder membrane is exposed to an external pressure due to the liquid present in the well which is the same as its internal pressure delivered by the pipes 31 and 33, the valve 8 being consequently necessarily open.
  • the inflatable bladder 1 having been positioned opposite its working area, in which the well must be treated, it can proceed to its expansion.
  • the valve 8 is closed.
  • the inflation of the bladder can then take place.
  • the pressure of the fluid brought into the conduit 2 is further increased sufficiently to push the ball 90 against the spring 91 and open the valve 9.
  • the fluid can then pass through the tubing 32 and enter via the tubing 33 and the tip tied to the inside of the bladder 1.
  • the pressure differential between the inside and the outside of the membrane, shown inflated and referenced 10 'in FIG. 4, is chosen to be sufficient to cause the radial expansion of this membrane and to carry out the desired work, for example a casing. of Wells. It will be noted that during this phase the high pressure developed in the bladder is also found in the downstream portion 31b of the tubular branch 31; this has no importance or impact on the operation of the device because the pressure is the same in the portion 31a, upstream of the valve 8.
  • the bladder 1 is deflated. To do this, it suffices to reduce the overpressure in the duct 2 so that this pressure returns to its initial value in FIG. 2.
  • the fluid present in the conduit 2 is retained, and the device is immediately ready for a similar new operation.
  • the values of the springs 55 and 91 are naturally chosen according to the working conditions, in particular the value of the pressures used and the depth of the zone to be treated, which are themselves a function of the heights H 2 and Hi mentioned above.
  • the device may be provided with means for adjusting the force exerted by these springs, so that it can be easily adapted to these conditions.

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Abstract

Ce dispositif (3), intercalé entre la sortie d'un conduit (2) d'alimentation en fluide et l'outil (1), comprend une enceinte (4) qui communique avec l'extérieur par une tubulure (6) et avec l'outil via une canalisation (30, 31-32, 33), et un piston (5) monté dans cette enceinte (4) occupe normalement, sous l'action d'un ressort (55), une première position, dans laquelle il obture la sortie dudit (2), ladite tubulure (6) communiquant alors avec ladite canalisation, tandis que lorsque la pression du fluide présent dans ledit conduit d'alimentation (2) excède une valeur seuil déterminée, ce piston est déplacé à l'encontre de la force dudit ressort (55) et vient occuper une seconde position dans laquelle la tubulure (6) est isolée, ledit conduit d'alimentation (2) communiquant alors avec ladite canalisation, cette dernière étant pourvue d'au moins d'un clapet anti-retour (9), à ressort taré, qui autorise le passage du fluide sous pression de l'enceinte (4) vers l'outil (1) lorsque la pression en amont du clapet excède une valeur seuil déterminée, qui interdit le passage du fluide en sens inverse.

Description

Dispositif de commande d'un outil gonflable pour le traitement d'un puits ou d'une canalisation
La présente invention concerne un outil sous forme de vessie gonflable servant au traitement d'un puits ou d'une canalisation, par exemple d'un cuvelage.
Elle a plus particulièrement pour objet la commande du gonflage et du dégonflage de ladite vessie.
Elle peut s'appliquer particulièrement, mais non obligatoirement, au domaine de la production d'eau ou de la production pétrolière, dans lesquels ce genre d'outil est usuellement désigné par le terme anglais « packer ».
Un tel outil comporte une membrane annulaire souple et élastique, portée par un mandrin, apte à se dilater radialement sous l'action d'une pression interne développée par un fluide, généralement un liquide, qui est introduit à l'intérieur de la membrane et est porté à une pression élevée.
Il peut notamment être utilisé comme obturateur pour isoler provisoirement l'une de l'autre deux portions du puits ou la canalisation. Dans ce cas, l'outil ayant été introduit axialement et positionné dans la zone séparant lesdites portions, on le gonfle, de sorte que sa membrane vient s'appliquer intimement contre la paroi interne du puits ou la canalisation, en l'obturant.
Il peut également être utilisé comme outil de formage hydraulique servant à chemiser une portion de la paroi du puits ou la canalisation. Dans ce cas, la vessie est introduite axialement à l'intérieur d'un tube radialement expansible, par exemple en acier, dont le diamètre externe est légèrement inférieur au diamètre interne de la portion à traiter. Lorsqu'on gonfle l'outil, sa paroi se dilate radialement et provoque l'expansion radiale du tube qui l'entoure, forçant la paroi de celui-ci à se déformer plastiquement (au-delà de sa limite d'élasticité), et à se plaquer contre la paroi interne du puits ou la canalisation. Après dégonflage de la vessie, celle-ci peut être retirée, mais le tube demeure appliqué contre la paroi du puits ou la canalisation et forme un revêtement interne.
Cette technique permet notamment de réparer des portions dégradées d'un cuvelage. II a également été proposé de chemiser « pas à pas » une portion importante de la longueur du puits ou la canalisation, voire toute sa longueur, au moyen d'une chemise dont on procède à l'expansion par tronçons successifs. L'état de la technique en la matière peut être illustré par le document technique en langue anglaise daté du 30 juin 2000, de la Société australienne IPI (Inflatable Packers International Pty Ltd) intitulé « Slim-line Re-lining », ainsi que par le document EP- A 1 657 365. Pour cela, on introduit dans le puits ou la canalisation à chemiser un tube de grande longueur, formé de tronçons de tube préalablement fixés bout à bout, après quoi on procède à l'expansion radiale du tube, sur toute sa longueur, de telle sorte que sa paroi vienne s'appliquer contre celle du puits ou de la canalisation ; cette expansion est réalisée par une succession de positionnements successifs de la vessie gonflable le long du tube avec, dans chaque position, une opération de sertissage par gonflage de la vessie, puis dégonflage de celle-ci pour l'amener à une position adjacente à la précédente, et ainsi de suite tout le long du tube.
Quel que soit l'usage qui est fait de la vessie gonflable, soit comme obturateur, soit comme outil de chemisage par hydroformage, il est souvent nécessaire de développer à l'intérieur de la vessie une pression très élevée pour pouvoir la gonfler.
Ceci est vrai en particulier lorsque le puits ou la canalisation contient un liquide et que le traitement à réaliser doit être effectué à une grande profondeur en dessous du niveau de ce liquide. En effet, dans ce cas, la pression hydrostatique régnant à l'extérieur de la membrane est élevée, car proportionnelle à la hauteur de la colonne de liquide qui la surplombe. Or, pour pouvoir gonfler la vessie, et - le cas échéant de dilater en plus le tube de chemisage - il est évidemment nécessaire de développer à l'intérieur de la vessie une pression supérieure à cette pression hydrostatique, qui s'oppose à son expansion radiale. Pour commander le gonflage d'une vessie gonflable préalablement descendue à une certaine profondeur à l'intérieur d'un puits, notamment d'un puits de production pétrolière, une première technique consiste à générer la pression au sein même du puits au moyen d'un système ad hoc immergé.
Cette technique est généralement efficace, mais risque de poser des problèmes de sécurité dès lors que des gaz inflammables sont présents dans le puits. Selon une seconde technique, le fluide sous pression est généré à la surface du puits et appliqué à la vessie par l'intermédiaire de moyens de transfert appropriés.
A cet égard, il existe, à la connaissance de la demanderesse, trois configurations possibles qui sont illustrées sur les schémas faisant l'objet des figures IA, IB et IC de la planche 1 annexée. Ces figures sont donc représentatives de l'état de la technique.
La référence P y désigne la paroi du puits, qui est vertical, la référence S la surface du sol dans lequel le puits est creusé, la référence L le liquide qui est présent dans la partie inférieure du puits, et la référence Hi la hauteur d'air au-dessus du niveau de liquide.
La référence 1 désigne un outil sous forme de vessie gonflable, comprenant une membrane annulaire souple et élastique, radialement expansible, supportée par des embouts d'extrémité supérieur 11 et inférieur 12.
Cet outil, à l'état non gonflé, a été descendu à l'intérieur du puits en une zone à traiter qui se trouve immergée dans le liquide L, à une profondeur H2.
L'outil est donc entouré d'un liquide dont la pression est proportionnelle à la hauteur de liquide H2 - Hi.
Dans la configuration illustrée à la figure IA, l'alimentation de l'outil 1 en fluide de gonflage, en l'occurrence liquide (de l'eau, par exemple) est assurée par un conduit unique 2 A depuis la surface S.
Dans la configuration illustrée à la figure IB, cette alimentation est assurée par une paire de conduits non communicants 2B et 2 'B, dans lesquels circule le fluide. L'une des deux voies sert uniquement à la commande du dégonflage. Dans la configuration illustrée à la figure IC, l'alimentation de l'outil
1 est également assurée au moyen d'une paire de conduits 2C et 2 'C, ici communicants ; L'une des voies (2C) communique avec l'outil via une vanne V à commande pneumatique, pilotée par le fluide (gazeux) fourni par l'autre voie (2'C).
La première solution (figure IA) présente l'inconvénient qu'il n'est pas possible de dégonfler l'outil lorsque la colonne sèche (correspondant à la hauteur Hi) est trop importante. En effet, la colonne de liquide contenue dans le conduit 2A engendre dans l'outil une pression excessivement élevée par rapport à la pression externe, qui interdit le dégonflage.
La deuxième solution (figure IB) pallie cette difficulté par une circulation du fluide selon le principe des vases communicants. Cependant, pour des puits profonds, le temps requis pour la purge est excessivement long.
La troisième solution (figure IC) est satisfaisante dans son principe car elle permet de travailler à grande profondeur et de manière relativement rapide.
Cette solution, toutefois, tout comme la seconde, présente l'inconvénient de mettre en œuvre une double connexion avec le sol car elle requiert deux conduits d'alimentation distincts. Cela rend la technique fastidieuse et coûteuse à de très grandes profondeurs et/ou lorsque la formation souterraine est sinueuse.
Quelle que soit la configuration mise en œuvre, il convient de prendre en considération, bien entendu, non seulement les hauteurs de colonne des fluides dans le puits et dans la vessie, mais aussi leur densité, de sorte que les différentiels de pression en permettent le gonflage ou le dégonflage.
L'objectif de l'invention est de proposer un dispositif de commande pour le gonflage et le dégonflage de l'outil qui puisse être utilisé par une seule et unique voie de connexion avec la surface, tout en étant de conception simple et robuste, facile d'utilisation, et apte à travailler efficacement même à de grandes profondeurs, ceci quel que soit le différentiel de pression entre les espaces intérieur et extérieur à la membrane.
Ce dispositif est donc relié à un conduit unique d'alimentation en fluide sous pression, et est intercalé entre la sortie de ce conduit et un embout solidaire de l'outil, par lequel s'opèrent l'entrée et la sortie du fluide afin d'en assurer le gonflage et le dégonflage.
Il comprend une enceinte à l'intérieur de laquelle est disposé un piston sollicité par un ressort, cette enceinte communiquant, d'une part, au moyen d'une tubulure ou d'un simple orifice de purge, avec l'extérieur et, d'autre part, via au moins une canalisation, avec ledit embout, ledit piston et ladite enceinte étant ainsi conformés que :
- ledit piston occupe normalement, sous l'action dudit ressort, une première position, dans laquelle il obture la sortie dudit conduit d'alimentation, ladite tubulure ou orifice de purge communiquant alors avec ladite canalisation via des chambres de l'enceinte ;
- lorsque la pression du fluide présent dans ledit conduit d'alimentation, en sa zone de sortie, excède une valeur seuil déterminée, le piston est déplacé à l'encontre de la force dudit ressort de telle sorte qu'il occupe une seconde position, dans laquelle ladite tubulure ou orifice de purge est isolé(e), tandis que le conduit d'alimentation communique alors avec la canalisation via une chambre de l'enceinte.
L'état de la technique en la matière peut être illustré par le document US-2003/183398 qui décrit un système de valve comportant ces caractéristiques.
Conformément à l'invention, ladite canalisation est pourvue d'au moins un premier clapet anti-retour, à ressort taré, qui autorise le passage du fluide sous pression de l'enceinte vers l'outil lorsque la pression en amont du clapet excède une valeur seuil déterminée, et uniquement dans ce cas, et qui interdit le passage du fluide en sens inverse.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention cette canalisation présente au moins deux branches montées en parallèle, dont l'une est pourvue dudit premier clapet anti-retour, et dont l'autre est pourvue d'un second clapet anti-retour, ce dernier autorisant le passage du fluide de l'outil vers l'enceinte lorsque la pression côté outil est supérieure ou égale à la pression côté enceinte, et uniquement dans ce cas, et qui interdit le passage du fluide en sens inverse.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va maintenant en être faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 2 représente schématiquement un mode de réalisation possible du dispositif de l'invention, représenté au repos, avant ou après une opération de gonflage de l'outil. Les figures 3 et 4 sont des schémas similaires à celui de la figure 2 respectivement au début et en cours de l'opération.
Afin de faciliter la lecture et la compréhension des dessins, les l'échelle du dispositif y a été très exagérément agrandie par rapport à celle de l'outil 1 auquel il est raccordé. Ce dispositif, désigné par la référence 3, est monté à l'extrémité inférieure du conduit vertical d'amenée 2 du fluide de gonflage, et interposé entre celle-ci et l'embout supérieur 11 de l'outil 1. L'embout 11 est tubulaire et permet le passage du liquide à l'intérieur de la membrane 10. L'autre embout 12 est une pièce pleine, faisant office de bouchon obturateur. Les deux embouts 11 et 12 sont avantageusement guidés en translation axiale de sorte qu'ils peuvent se rapprocher ou s'écarter l'un de l'autre lorsque la vessie est gonflée ou, respectivement, dégonflée.
Ce dispositif 3 comprend une enceinte tubulaire 4, montée de manière étanche à l'extrémité du conduit 2, coaxialement à celui-ci. En partie inférieure l'enceinte 4 est fermée par une paroi de fond plat 400.
Suivant la direction axiale, du bas vers le haut, sa paroi latérale, cylindrique, présente des variations de diamètre qui délimitent trois chambres communicantes, à savoir :
- une chambre inférieure 40 de grand diamètre, fermée par le fond 400 susmentionné ; - une chambre centrale 41 de petit diamètre, égal à celui du conduit 2 ;
- une chambre supérieure 42 de moyen diamètre, qui débouche dans le conduit 2. A l'intérieur de cette enceinte 4 est monté, et guidé verticalement, en translation axiale, un piston 5 dont la tête 50 est positionnée dans la chambre inférieure 40 et la tige 51 dans la chambre centrale 41. L'extrémité supérieure de cette tige présente une portion cylindrique de plus grand diamètre 52 ; cette portion est munie d'une paire de joints d'étanchéité toriques 53 et 54 décalés axialement. Leur diamètre est tel qu'ils peuvent glisser de manière étanche contre la paroi interne cylindrique du conduit 2 ou de la chambre 41.
Un ressort de compression hélicoïdal taré 55 est disposé dans la chambre inférieure 40 et intercalé entre le fond 400 et la tête de piston 50 de manière à le repousser vers le haut, dans la position illustrée sur la figure 2. La tête de piston 50 vient en appui contre la zone annulaire horizontale 401 qui fait la transition entre les chambres inférieure 40 et centrale 41.
Dans cette position, le joint supérieur 53 entourant la portion 52 est appliqué contre la paroi intérieure du conduit 2, tandis que le joint inférieur 54 se trouve positionné dans chambre supérieure 42. La chambre centrale 41 communique avec l'extérieur par une tubulure horizontale 6, de faible longueur, disposée radialement par rapport à l'axe vertical médian de l'enceinte 4. Cette communication pourrait tout aussi bien se faire via un ou plusieurs orifices percés dans la paroi de la chambre 41.
La chambre supérieure 42 communique avec l'embout tubulaire 11 de l'outil 1 par l'intermédiaire de canalisations comprenant une première tubulure principale 30, deux tubulures secondaires 31-32 branchées en parallèle, et une seconde tubulure principale 33.
La tubulure 31 traverse un clapet anti-retour 8 muni d'une bille 80 susceptible d'en obturer l'orifice de sortie 800. Les portions de la tubulure 31 situées en amont et en aval de ce clapet - si on considère le sens d'écoulement du fluide de la chambre 42 vers la vessie gonflable 1 -, portent respectivement les références 31a et 31b.
De façon similaire, la tubulure 32 traverse un clapet anti-retour 9 muni d'une bille 90 susceptible d'en obturer l'orifice d'entrée 900 et les portions de la tubulure 32 situées en amont et en aval de ce clapet portent respectivement les références 32a et 32b. La bille 80 est pressée vers le bas contre le siège du clapet 8, obturant son orifice de passage 800, lorsque la pression de fluide dans la portion amont 31a est supérieure à la pression de fluide dans la portion aval 31b ; inversement, elle se soulève et libère l'orifice 800 si la pression de fluide dans la portion amont 31a est inférieure ou égale à la pression de fluide dans la portion aval 31b. Le fluide peut alors traverser cet orifice (du bas vers le haut sur les figures).
La bille 90 est sollicitée vers le haut par un ressort taré de manière à s'appliquer normalement contre le siège du clapet 9, obturant ainsi son orifice de passage 900. Lorsque la pression de fluide dans la portion amont 32a est sensiblement supérieure à la pression de fluide dans la portion aval 32b, et excède un seuil déterminé, suffisant pour vaincre la poussée de ce ressort 91, la bille 90 est écartée de son siège et l'orifice 900 autorise alors le passage du fluide, d'amont vers l'aval (du haut vers le bas sur les figures), dans la tubulure 32 ; inversement, tant que la pression de fluide dans la portion amont 32a est inférieure à cette valeur seuil, l'orifice 900 du clapet 9 est obturé et le passage du fluide dans la tubulure 32 est interdit, dans un sens comme dans l'autre.
En nous référant aux figures 2 à 4, nous allons maintenant expliquer comment fonctionne ce dispositif.
L'outil gonflable 1, ainsi que le dispositif 3 dont il est solidaire, sont descendus dans le puits à la profondeur voulue.
La pression de fluide amenée dans le conduit 2 qui relie le dispositif à la surface du puits est suffisamment faible pour ne pas repousser le piston 5 qui, sous l'action du ressort 55, occupe sa position haute, illustrée sur la figure 2. Dans cette position, la tubulure 6 qui communique avec l'intérieur du puits communique également avec la tubulure 30, via les chambres 41 et 42 de l'enceinte 4.
La membrane de la vessie est exposée à une pression externe due au liquide présent dans le puits qui est la même que sa pression interne délivrée par les tubulures 31 et 33, le clapet 8 étant par conséquent nécessairement ouvert.
La vessie gonflable 1 ayant été positionnée en regard de sa zone de travail, dans laquelle le puits doit être traité, on peut procéder à son expansion.
Pour cela, on commence par augmenter (depuis la surface) la pression du fluide dans le conduit 2 de sorte qu'elle excède la pression régnant dans le puits et qu'elle soit suffisante pour déplacer à fond (jusqu'en fin de course) le piston 5 vers le bas, en comprimant le ressort 55. Le joint 54 vient alors se positionner dans la chambre 41, coupant la communication entre les chambres 42 et 41 et donc, corrélativement, entre les tubulures 6 et 30. Le joint 53, quant à lui, vient se positionner dans la chambre 42, et il s'établit ainsi une communication entre le conduit 2 et la tubulure 30.
Le fluide sous pression présent dans la tubulure 30 et dans les portions amont 31a et 32a des branches 31 et, respectivement, 32, étant supérieure à la pression hydrostatique dans le puits, à laquelle est soumise la membrane 10, elle est également supérieure à la pression interne de l'outil, qui est égale à cette pression hydrostatique.
Le clapet 8 est donc fermé.
Il en est de même pour le clapet 9, car la pression exercée à ce stade dans le conduit 2 et dans les tubulures 30 et 32a est insuffisante pour repousser le ressort 91.
Dans cette situation intermédiaire, illustrée à la figure 3, le piston 5 est en position d'équilibre. Cette position est stable, sans phénomène vibratoire parasitaire, car le ressort 55 contrôle et régit la pression au sein du système, en amont des clapets 8 et 9.
Le gonflage de la vessie peut alors s'opérer.
Pour cela, on augmente encore la pression de fluide amenée dans le conduit 2, suffisamment pour repousser la bille 90 à l'encontre du ressort 91 et ouvrir le clapet 9. Le fluide peut alors passer dans la tubulure 32 et pénétrer, via la tubulure 33 et l'embout l i a l'intérieur de la vessie 1.
Le différentiel de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la membrane, représentée gonflée et référencée 10' sur la figure 4, est choisi suffisant pour provoquer l'expansion radiale de cette membrane et pour effectuer le travail voulu, par exemple un tubage du puits. On notera que durant cette phase la haute pression développée dans la vessie se retrouve aussi dans la portion aval 31b de la branche de tubulure 31 ; cela n'a aucune importance ni d'incidence sur le fonctionnement du dispositif car la pression est la même dans la portion 31a, en amont du clapet 8.
Une fois le travail effectué, on dégonfle la vessie 1. Pour cela, il suffit de diminuer la surpression dans le conduit 2 pour que cette pression revienne à sa valeur initiale de la figure 2.
Celle-ci, qui correspond par exemple à la colonne d'eau présente dans le conduit 2, est insuffisante pour maintenir comprimé le ressort 55, si bien que le piston 5 remonte dans sa position initiale. Ainsi la tubulure 30 est à nouveau mise en communication avec la tubulure de purge 6 et donc mise à la pression du puits. Ceci permet au fluide à haute pression présent dans l'outil de s'échapper rapidement dans le puits via les tubulures 33, 31 et 30, les chambres 42 et 41, et enfin la tubulure 6.
Dans le même temps, le ressort 91 a rappelé la bille 90 dans sa position de fermeture du clapet 9. Cette purge, qui porte sur un volume de fluide réduit, peut se faire très rapidement.
Le fluide présent dans le conduit 2 est conservé, et le dispositif est immédiatement prêt pour une nouvelle opération similaire.
Les valeurs des ressorts 55 et 91 sont naturellement choisies en fonction des conditions de travail, notamment de la valeur des pressions mises en œuvre et de la profondeur de la zone à traiter, lesquelles sont elles-mêmes fonction des hauteurs H2 et Hi susmentionnées.
Avantageusement, le dispositif peut être muni de moyens de réglage de la force exercée par ces ressorts, de sorte qu'il puisse être aisément adapté à ces conditions.

Claims

REVENDICATIONS
1. 1. Dispositif de commande d'un outil (1) sous forme de vessie gonflable pour le traitement d'un puits ou d'une canalisation, qui est relié à un conduit unique (2) d'alimentation en fluide sous pression, et est intercalé entre la sortie de ce conduit et un embout (11) solidaire de l'outil, par lequel s'opèrent l'entrée et la sortie du fluide afin d'en assurer le gonflage et le dégonflage, ce dispositif comprenant une enceinte (4) à l'intérieur de laquelle est disposé un piston (5) sollicité par un ressort (55), cette enceinte (4) communiquant, d'une part, au moyen d'une tubulure (6) ou d'un orifice de purge avec l'extérieur et, d'autre part, via au moins une canalisation (30, 31-32, 33), avec ledit embout (11), ledit piston (5) et ladite enceinte (4) étant ainsi conformés que :
- ledit piston (5) occupe normalement, sous l'action dudit ressort (55) une première position, dans laquelle il obture la sortie dudit conduit d'alimentation (2), ladite tubulure (6) ou orifice de purge communiquant alors avec ladite canalisation (30, 31-32, 33) via des chambres (41, 42) de l'enceinte (4) ; - lorsque la pression du fluide présent dans ledit conduit d'alimentation (2), en sa zone de sortie, excède une valeur seuil déterminée, ledit piston est déplacé à rencontre de la force dudit ressort (55) de telle sorte qu'il occupe une seconde position, dans laquelle ladite tubulure (6) ou ledit orifice de purge est isolé(e), tandis que ledit conduit d'alimentation (2) communique alors avec ladite canalisation (30, 31-32, 33) via une chambre (42) de l'enceinte (4), caractérisé par le fait que ladite canalisation est pourvue d'au moins un premier clapet anti-retour (9), à ressort taré, qui autorise le passage du fluide sous pression de l'enceinte (4) vers l'outil (1) lorsque la pression en amont du clapet excède une valeur seuil déterminée, et uniquement dans ce cas, et qui interdit le passage du fluide en sens inverse.
2. Dispositif de commande selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que ladite canalisation présente au moins deux branches (31, 32) montées en parallèle, dont l'une (32) est pourvue dudit premier clapet anti-retour (9), et dont l'autre (31) est pourvue d'un second clapet anti-retour (8), ce dernier autorisant le passage du fluide de l'outil (1) vers l'enceinte (4) lorsque la pression côté outil est supérieure ou égale à la pression côté enceinte, et uniquement dans ce cas, et qui interdit le passage du fluide en sens inverse.
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