EP1360392B1 - Safety valve for oil wells - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a well safety valve set in a production tubing, comprising a body ( 17 ) including shutoff means ( 18 ) for shutting off a passage inside the body, anchor means ( 19 ) for anchoring the body in the tubing, sealing means ( 20 ) between the body and the wall of the tubing, the valve comprising communication means ( 14 ) for a hydraulic pressure between the valve and the surface of the well. According to the invention, the shutoff, anchor and sealing means include hydraulic activation means such that the hydraulic pressure transmitted from the surface activates the means so as to open the passage, anchor the valve in the tubing and activate the sealing means on the wall of the tubing. The invention also relates to a method for setting the valve.

Description

Translated fromFrench

La présente invention concerne un procédé de remise en sécurité d'un puits pétrolier équipé ou non d'une vanne de sécurité de fond défaillante.The present invention relates to a method for restoring a petroleum well with or without a defective bottom safety valve.

On sait que, pour des raisons de sécurité, les puits pétroliers sont généralement équipés de vannes de sécurité de fond qui sont, soit intercalées entre la connexion de deux éléments de tubes, soit insérées dans un réceptacle logé dans le tube de production du puits à quelques dizaines ou centaines de mètres de profondeur. Ces vannes ont pour fonction de permettre de stopper automatiquement la production d'effluent si un incident survient en tête de puits ou en aval de celles-ci. Elles sont souvent commandées depuis la surface par une pression hydraulique à l'ouverture et se ferment automatiquement au moyen d'un puissant ressort de rappel dès l'apparition d'une chute de la pression hydraulique sur la ligne de commande, que cette chute soit commandée ou accidentelle.It is known that, for reasons of safety, oil wells are generally equipped with bottom safety valves which are either inserted between the connection of two tube elements or inserted into a receptacle housed in the tube of production of the well. a few tens or hundreds of meters deep. These valves have the function of allowing to automatically stop the production of effluent if an incident occurs at the wellhead or downstream of them. They are often controlled from the surface by a hydraulic pressure at the opening and close automatically by means of a strong return spring as soon as a hydraulic pressure drop on the control line, this fall is ordered or accidental.

La ligne de commande hydraulique peut aussi présenter des défauts (fuite, ligne bouchée ou cassée), la vanne de sécurité ne peut plus alors jouer son rôle. Elle reste généralement fermée sous l'action de son ressort et obture le passage de l'effluent.The hydraulic control line may also have defects (leakage, clogged or broken line), the safety valve can no longer play its role. It remains generally closed under the action of its spring and closes the passage of the effluent.

Deux solutions s'offrent actuellement à l'exploitant pour pallier à cette déficience. Il peut extraire la vanne de sécurité du tube de production (après mise en place d'un sas en tête de puits) et fermer ensuite la ligne de commande défectueuse en mettant en place dans le tube de production une chemise d'isolation dotée de garnitures d'étanchéité qui isolent l'arrivée du fluide de commande à travers le réceptacle. Le puits peut à nouveau produire mais il se trouve alors en dehors des normes de sécurité puisqu'il n'est plus équipé d'une vanne de sécurité de fond. Une autre solution évitant ce fonctionnement hors norme consiste à "tuer" le puits, c'est-à-dire à équilibrer la pression du gisement avec une colonne hydrostatique de boue de densité adéquate, puis en intervenant dans le puits pour réparer selon les techniques de la profession. Cette solution qui permet ensuite de travailler selon les normes de sécurité, est extrêmement lourde et onéreuse.Two solutions are currently available to the operator to overcome this deficiency. It can extract the safety valve from the production tube (after setting up an airlock at the wellhead) and then close the defective control line by inserting in the production tube an insulating jacket with fittings sealing the arrival of the control fluid through the receptacle. The well can again produce but it is then outside safety standards since it is no longer equipped with a bottom safety valve. Another solution that avoids this extraordinary operation is to "kill" the well, that is to say, to balance the pressure of the deposit with a hydrostatic column of mud of adequate density, then by intervening in the well to repair according to the techniques of the profession. This solution which allows then to work according to safety standards, is extremely heavy and expensive.

On connaît, par le documentFR-2734863, un procédé et un dispositif permettant de rétablir la sécurité du puits en installant, selon les règles du métier, une vanne spéciale de sécurité. Cependant, la technique selon ce document nécessite la remontée de la vanne de fond défectueuse et la réutilisation de son réceptacle pour mettre en place la vanne spéciale. Ainsi, cette méthode impose une cote précise à laquelle est fixée la nouvelle vanne, compte tenu de la réutilisation du réceptacle pour son système de verrouillage et son étanchéité.We know, by the document FR-2734863 , a method and a device for restoring the safety of the well by installing, according to the rules of the trade, a special safety valve. However, the technique according to this document requires the recovery of the defective bottom valve and the reuse of its receptacle to set up the special valve. Thus, this method imposes a precise dimension to which is fixed the new valve, given the reuse of the receptacle for its locking system and its sealing.

On connaît le documentUS 5 305 828 qui décrit une combinaison entre un "packer " et une vanne de sécurité qui nécessite plusieurs niveaux de pression pour son fonctionnement.We know the document US 5,305,828 which describes a combination between a "packer" and a safety valve that requires several levels of pressure for its operation.

La présente invention concerne une vanne de sécurité de puits comportant des perfectionnements par rapport à la vanne spéciale et les outillages tels que décrit dans le document déjà citéFR-2734863. La présente vanne selon l'invention peut se mettre en place directement dans l'espace intérieur d'un tube de production de diamètre intérieur connu, sans nécessiter de réceptacle adapté. Ainsi, il n'y a plus besoin d'ajustage de la longueur des tiges de liaison entre la vanne et la tête de puits en surface.The present invention relates to a well safety valve comprising improvements with respect to the special valve and the tools as described in the document already cited. FR-2734863 . The present valve according to the invention can be put in place directly in the interior space of a production tube of known inner diameter, without requiring a suitable receptacle. Thus, there is no longer any need for adjusting the length of the connecting rods between the valve and the wellhead on the surface.

Ainsi, la présente invention concerne une vanne de sécurité de puits mise en place dans un tube de production, comprenant un corps comportant des moyens d'obturation d'un passage interne au corps, des moyens d'ancrage du corps dans le tube, des moyens d'étanchéité entre le corps et la paroi du tube, la vanne comprenant des moyens de communication d'une pression hydraulique outre la vanne et la surface du puits. Selon l'invention, les moyens d'obturation, d'ancrage et d'étanchéité comportent des moyens d'activation hydraulique tels que la pression hydraulique transmise de la surface active les moyens de façon à ouvrir ledit passage, ancrer la vanne dans le tube et activer les moyens d'étanchéité sur la paroi du tube.Thus, the present invention relates to a well safety valve installed in a production tube, comprising a body having means for closing a passage internal to the body, means for anchoring the body in the tube, sealing means between the body and the wall of the tube, the valve comprising means for communicating a hydraulic pressure in addition to the valve and the surface of the well. According to the invention, the means of closing, anchoring and sealing comprise hydraulic activation means such that the hydraulic pressure transmitted from the active surface means to open said passage, anchor the valve in the tube. and activate the sealing means on the wall of the tube.

Les moyens d'étanchéité comportent un empilage de plusieurs joints annulaires en matériau résilient pouvant être comprimé par le déplacement d'une chemise de compression d'un piston hydraulique et la section des joints annulaires est en forme d'un V dont la longueur des branches est dissymétrique, la branche en contact intérieur avec le corps de la vanne étant la plus courte, la branche en contact avec la paroi du tube, après compression de l'empilage par le piston, est déformée pour entrer en contact avec la paroi du tube.The sealing means comprise a stack of several annular seals of resilient material compressible by the displacement of a compression sleeve of a hydraulic piston and the section of the annular seals is in the shape of a V whose length of the branches is asymmetrical, the branch in internal contact with the body of the valve being the shortest, the branch in contact with the wall of the tube, after compression of the stack by the piston, is deformed to come into contact with the wall of the tube.

Les moyens d'obturation peuvent comporter un clapet maintenu en position fermée par un moyen de rappel, un piston hydraulique fournissant en pression un déplacement longitudinal d'une chemise de façon à maintenir ouvert le clapet.The closure means may comprise a valve held in the closed position by a return means, a hydraulic piston providing pressure a longitudinal displacement of a jacket so as to keep the valve open.

Les moyens d'ancrage peuvent comporter des mâchoires pouvant être déplacées de façon radiale contre la paroi du tube par une chemise d'ancrage d'un piston hydraulique.The anchoring means may comprise jaws movable radially against the wall of the tube by an anchoring sleeve of a hydraulic piston.

L'ancrage peut être mécaniquement verrouillé par des moyens d'immobilisation de la chemise d'ancrage.The anchorage can be mechanically locked by means of immobilizing the anchoring liner.

L'empilage peut comporter une coupelle métallique anti extrusion dont le diamètre extérieur est environ le diamètre extérieur du corps de la vanne avant compression de l'empilage.The stack may include an anti-extrusion metal cup whose outer diameter is about the outside diameter of the valve body before the stack is compressed.

L'empilage peut être constitué de huit coupelles en V en élastomère du type HNBR de dureté shore A environ 80.The stack may consist of eight V-shaped elastomeric cups of HNBR type shore hardness A about 80.

L'empilage peut être mécaniquement maintenu comprimé par des moyens d'immobilisation de la chemise de compression.The stack can be mechanically held compressed by means of immobilizing the compression liner.

Les moyens de communication hydraulique peuvent être constitués par des éléments tubulaires assemblés entre eux par des raccords, une extrémité d'un premier élément est connectée au corps de ladite vanne, une extrémité de l'élément supérieur est connectée à un élément de suspension.The hydraulic communication means may consist of tubular elements assembled together by connectors, one end a first member is connected to the body of said valve, an end of the upper member is connected to a suspension member.

L'élément de suspension peut être maintenu dans un adapteur fixé sur la tête du puits et comportant des moyens de communication hydraulique avec lesdits éléments tubulaires.The suspension element can be held in an adapter fixed on the wellhead and having means of hydraulic communication with said tubular elements.

L'adapteur peut comporter des mâchoires à déplacement radial destinées à être serrées sur lesdits éléments tubulaires.The adapter may include radial displacement jaws for clamping on said tubular members.

L'invention concerne également une méthode de mise en place de la vanne selon l'invention dans un tube de production, dans laquelle on effectue les étapes suivantes :

• on assemble un adapteur sur la tête de puits,
• on descend la vanne dans le tube de production en assemblant un nombre d'éléments tubulaires correspondant à la cote désirée,
• on suspend la vanne et ses éléments tubulaires sur l'adapteur par l'intermédiaire d'une tête de suspension, et on connecte le conduit hydraulique desdits éléments tubulaires à une source de pression en surface,
• on met en pression la vanne pour ouvrir le passage, ancrer le corps de la vanne dans le tube à la cote où elle se trouve, comprimer l'empilage de joints pour réaliser l'étanchéité annulaire.

The invention also relates to a method of placing the valve according to the invention in a production tube, in which the following steps are carried out:

• we assemble an adapter on the wellhead,
• the valve is lowered into the production tube by assembling a number of tubular elements corresponding to the desired dimension,
• the valve and its tubular elements are suspended on the adapter by means of a suspension head, and the hydraulic conduit of said tubular elements is connected to a source of surface pressure,
• the valve is pressurized to open the passage, anchor the body of the valve in the tube to the dimension where it is, compress the stack of joints to achieve the annular seal.

Selon la méthode, on peut mettre en sécurité le puits en faisant chuter la pression dans la vanne pour fermer lesdits moyens d'obturation du passage sans déverrouiller l'ancrage ni désactiver l'empilage des joints d'étanchéité annulaire.According to the method, the well can be made safe by lowering the pressure in the valve to close the said closing means of the passage without unlocking the anchor or disabling the stacking of the annular seals.

On peut déconnecter et remonter les éléments tubulaires avant de descendre un outil adapté à se connecter sur la tête du corps de la vanne et à déverrouiller par battage les ancrages et les moyens de compression de l'empilage.It is possible to disconnect and reassemble the tubular elements before lowering a tool adapted to connect to the head of the valve body and to unlock by hammering the anchors and the compression means of the stack.

La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des exemples suivants, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles :

• les figures 1A et 1 B montrent schématiquement une vanne selon l'art antérieur,
• les figures 2A et 2B montrent schématiquement une installation comportant une vanne selon la présente invention,
• la figure 3 montre en coupe longitudinale un mode de réalisation d'une vanne selon l'invention,
• les figures 4A et 4B montrent schématiquement le principe de l'ensemble des moyens d'étanchéité et d'ancrage de la vanne selon l'invention.

The present invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the description of the following nonlimiting examples, illustrated by the appended figures, among which:

• FIGS. 1A and 1B schematically show a valve according to the prior art,
• FIGS. 2A and 2B schematically show an installation comprising a valve according to the present invention,
• FIG. 3 shows in longitudinal section an embodiment of a valve according to the invention,
• FIGS. 4A and 4B schematically show the principle of all the sealing and anchoring means of the valve according to the invention.

La figure 1A montre un puits pétrolier 1 équipé d'une vanne de sécurité de fond 2 dont la ligne de commande hydraulique 3 est défectueuse. Le puits comporte un tube de production 4 (tubing) en communication avec un arbre de noël 5. Cette vanne de sécurité est positionnée dans un réceptacle 6 (nipple). Pour réparer et remettre en conformité le puits, il faut enlever la vanne de son siège pour installer une nouvelle vanne qui permettra de rétablir la production dans les plus brefs délais, et en toute sécurité. Dans le cas où la ligne de contrôle ne peut plus être opérationnelle, on peut installer une vanne de sécurité dans le siège ou réceptacle 6, vanne telle que décrite dans le documentFR-2734863, cité ici en référence.FIG. 1A shows anoil well 1 equipped with abottom safety valve 2 whosehydraulic control line 3 is defective. Well comprises a production tube 4 (tubing) in communication with a Christmastree 5. This safety valve is positioned in a receptacle 6 (nipple). To repair and recondition the well, it is necessary to remove the valve from its seat to install a new valve that will restore production as soon as possible, and safely. In the case where the control line can no longer be operational, it is possible to install a safety valve in the seat orreceptacle 6, valve as described in the document FR-2734863 , cited here in reference.

La figure 1B montre cette vanne constituée de trois principaux ensembles :

• l'ensemble d'obturation 7, ou vanne proprement dite, commandé par pression hydraulique,
• l'ensemble de brides d'adaptation et deliaison 8,
• et l'ensemble deslignes 9 de liaison entre cet « adapter » 8 et lavanne 7.

Figure 1B shows this valve consisting of three main sets:

• theshutter assembly 7, or valve itself, controlled by hydraulic pressure,
• the set of adaptation andconnection flanges 8,
• and all thelines 9 connecting this "adapter" 8 and thevalve 7.

Le détail de ces équipements et des procédures de mise en place ou d'opérations sont clairement décrits dans le document cité plus haut. Compte tenu de la longueur fixée entre le réceptacle et la position de l'élément d'adaptation 8, le nombre de tiges 9 et leur longueur totale doivent être déterminés en fonction du puits en question.The details of this equipment and the procedures for implementation or operations are clearly described in the document cited above. Given the fixed length between the receptacle and the position of theadaptation element 8, the number ofrods 9 and their total length must be determined according to the well in question.

La figure 2A montre un puits 11 comportant un tube de production 10 de diamètre intérieur connu. Dans le cas où il s'avère nécessaire d'ajouter une vanne de sécurité à l'intérieur de ce tube, on peut utiliser avantageusement le système selon l'invention, représenté schématiquement sur la figure 2B. Un adaptateur 12 est intercalé entre les vannes maîtresses 13 et la suspension du tube de production (tubing hanger). Ce dispositif est similaire à celui décrit dans le documentFR-2734863 en ce qu'il possède au moins les deux fonctions: suspension des tiges de commandes 14 grâce aux vis latérales inférieures 50, et étanchéité autour de la tête de suspension 21 de façon à communiquer avec une ligne extérieure 15 de commande hydraulique. Mais selon la présente variante, l'adapteur 12 possède en plus deux mâchoires 51a et 51b permettant la manoeuvre de la vanne et des éléments de tiges dans le tubing. Ainsi, la suspension et l'accrochage des tiges se fait par le serrage des mâchoires sur les tiges. Les tiges de commande 14 peuvent aussi être celles de l'art antérieur. Elle peuvent être constituées d'un élément tubulaire de longueur maximum environ 6 mètres et équipé en extrémité de raccords rapides male et femelle, de façon à pouvoir être connectés entre éléments. Une des tiges, est équipée d'un élément ou raccord de dilatation 16 pour absorber la variation de longueur de l'ensemble des tiges compte tenu des variations possibles de la température. La vanne 17 comprend les moyens fonctionnels suivants:

• des moyens d'obturation 18 du canal intérieur du corps de la vanne;
• des moyens d'ancrage 19 de la vanne 17 dans l'intérieur dutube de production 10 ;
• des moyens d'étanchéité 20 entre le corps de la vanne et l'intérieur dutube 10.

Figure 2A shows a well 11 having aproduction tube 10 of known inner diameter. In the case where it is necessary to add a safety valve inside this tube, it is advantageous to use the system according to the invention, shown schematically in Figure 2B. Anadapter 12 is interposed between themaster valves 13 and the tubing hanger. This device is similar to that described in the document FR-2734863 in that it possesses at least the two functions: suspension of thecontrol rods 14 thanks to the lower lateral screws 50, and sealing around thesuspension head 21 so as to communicate with anexternal line 15 of hydraulic control. But according to the present variant, theadapter 12 has in addition twojaws 51a and 51b for the operation of the valve and the rod elements in the tubing. Thus, the suspension and attachment of the rods is done by clamping the jaws on the rods. Thecontrol rods 14 may also be those of the prior art. It may consist of a tubular element of maximum length about 6 meters and equipped at the end of male and female quick connectors, so as to be connected between elements. One of the rods, is equipped with an expansion element orconnection 16 to absorb the variation in length of all the rods taking into account the possible variations in temperature. Thevalve 17 comprises the following functional means:

• closure means 18 of the inner channel of the valve body;
• anchoring means 19 of thevalve 17 in the interior of theproduction tube 10;
• sealing means 20 between the body of the valve and the inside of thetube 10.

Dans une variante, il y a deux étages d'ancrage, dans une autre variante, un seul étage est nécessaire.In a variant, there are two anchoring stages, in another variant, only one stage is necessary.

La descente de la vanne se fait après avoir équipé l'élément de suspension de la conduite de production 10 d'un adaptateur 12 qui est utilisé pour suspendre l'ensemble du système une fois celui-ci entièrement descendu dans le puits, pour maintenir les éléments de connexion les uns après les autres, pour permettre leur connexion entre eux, pour descendre l'ensemble étapes après étapes. Le puits étant en pression, un sas monté sur l'arbre de noël, permet la procédure de manoeuvre dans le puits. La procédure de manoeuvre se fait conventionnellement au câble (« wireline »). Cette procédure consiste à descendre la vanne et les éléments de connexion en plusieurs étapes.Etape 1 : la vanne accrochée à son premier élément de tiges 14 est descendue jusqu'au maintien de la partie supérieure du premier élément par les mâchoires, permettant ainsi la suspension et l'accrochage du premier élément sur l'adaptateur 12 .Etape 2 : L'élément de tige standard est descendu et est connecté au premier élément accroché à l'adaptateur 12. Les mâchoires de maintien sont ensuite ouvertes pour permettre la descente du premier élément accroché au deuxième élément de tige jusqu'au maintien de la partie supérieure de l'élément standard par les mâchoires, permettant ainsi la suspension et l'accrochage de ses deux éléments sur l'adaptateur 12.Etape 3. Cette étape 3 est identique à l'étape 2 et multipliée autant de fois qu'il est nécessaire en fonction du nombre de tiges nécessaire compte tenu de la cote d'installation de la vanne.Dernière étape : Cette dernière étape consiste à descendre le dernier élément comportant dans sa partie haute la tête de suspension 21 et à le connecter sur le dernier élément standard maintenu par les mâchoires. Les mâchoires sont ensuite ouvertes permettant la descente de l'ensemble complet et la pose ainsi que le verrouillage de la suspension 21 dans l'adaptateur 12.The descent of the valve is done after having equipped the suspension element of theproduction line 10 with anadapter 12 which is used to suspend the entire system once it has fully descended into the well, to maintain the connecting elements one after the other, to allow their connection between them, to go down the whole steps after steps. The well is under pressure, an airlock mounted on the Christmas tree, allows the maneuvering procedure in the well. The maneuvering procedure is conventionally cable ("wireline"). This procedure involves lowering the valve and connecting elements in several steps.Step 1: the valve hooked to itsfirst rod member 14 is lowered to the maintenance of the upper part of the first element by the jaws, thereby allowing the suspension of the first element and the attachment on theadapter 12.Step 2: The standard rod member is lowered and is connected to the first element attached to theadapter 12. The holding jaws are then opened to allow the descent of the first element attached to the second rod member until the maintenance of the upper part of the standard element by the jaws, allowing the suspension and attachment of its two elements on theadapter 12.Step 3. Thisstep 3 is identical to step 2 and multiplied as many times as is necessary depending on the number of rods required given the rating valve installation.Last step: This last step is to lower the last element having in its upper part thesuspension head 21 and connect it to the last standard element held by the jaws. The jaws are then open allowing the descent of the complete assembly and the installation and the locking of thesuspension 21 in theadapter 12.

Lorsque l'on applique une pression hydraulique dans la ligne de contrôle 15, on active les différents moyens fonctionnels de la vanne 17, c'est à dire, la vanne s'ouvre après basculement du clapet 18, les « chiens » d'ancrage 19 sont expansés de façon radiale pour immobiliser le corps de la vanne dans le tube, la garniture d'étanchéité est comprimée pour s'appuyer sur la paroi du tube et effectuer une étanchéité.When a hydraulic pressure is applied in thecontrol line 15, the different functional means of thevalve 17 are activated, that is to say, the valve opens after tilting of thevalve 18, the "dogs" of anchoring 19 are expanded radially to immobilize the valve body in the tube, the seal is pressed to bear against the wall of the tube and seal.

La figure 3 montre en coupe plus de détails de la constitution de la vanne 17. Le clapet 18 est en position fermée grâce à l'action d'un ressort (non représenté). Il est ouvert par le déplacement d'un tube 23 sous l'action de poussée d'un anneau 24 lié à un piston 25. En présence d'une pression hydraulique suffisante dans la chambre 26, le piston appuie sur le tube 23 par l'intermédiaire de l'anneau 24 jusqu'à comprimer le ressort 27 et à faire coulisser ledit tube qui fait basculer l'opercule 18. En absence de pression dans la chambre 26, le ressort de rappel 27 repousse le tube 23 et l'opercule se ferme en mettant en sécurité le puits.Figure 3 shows in section more details of the constitution of thevalve 17. Thevalve 18 is in the closed position by the action of a spring (not shown). It is opened by the displacement of atube 23 under the thrust action of aring 24 connected to apiston 25. In the presence of sufficient hydraulic pressure in thechamber 26, the piston bears on thetube 23 byintermediate ring 24 to compress thespring 27 and to slide said tube which tilts thecover 18. In the absence of pressure in thechamber 26, thereturn spring 27 pushes thetube 23 and the seal closes by securing the well.

Des coins d'ancrage 19 sont déplacés de façon radiale par un piston 28 dont l'extrémité est en forme de cône sur laquelle s'appuient lesdits coins d'ancrage 19. Le piston 28 est poussé sous les coins par la pression hydraulique dans la chambre 29, le déplacement du piston bloquant les coins sur la paroi du tube 10. Des moyens de verrouillage 30 de la position du piston d'ancrage 28 permet de maintenir en place ce piston même lorsque la pression a chutée dans la chambre 30. Ces moyens de verrouillage peuvent fonctionner selon le principe de cliquet ou de denture. Sur la figure 3, on retrouve un second ensemble : coins 19a, piston 28a, chambre hydraulique 29a, verrouillage 30a, dans la partie supérieure du corps de la pompe. Cependant, l'invention ne se limitera pas à deux ensembles d'ancrage, dans la plupart des réalisations un seul ensemble d'ancrage est nécessaire.Anchoringwedges 19 are radially displaced by apiston 28 whose end is conical on which these anchoringcorners 19 rest. Thepiston 28 is pushed under the corners by the hydraulic pressure in thechamber 29, the displacement of the piston blocking the corners on the wall of thetube 10. Locking means 30 of the position of theanchoring piston 28 keeps the piston in place even when the pressure has dropped in thechamber 30. These locking means can operate according to the principle of ratchet or toothing. In Figure 3, there is a second set:wedges 19a,piston 28a,hydraulic chamber 29a, 30a lock, in the upper part of the body of the pump. However, the invention will not be limited to two anchor assemblies, in most embodiments only one anchor assembly is required.

La présente vanne comprend également des moyens d'étanchéité entre le corps de la vanne et le tube de production 10. Cet ensemble est un élément essentiel en ce qu'en cas de défaillance la vanne de sécurité est totalement inopérante et en ce qu'il est délicat de faire une étanchéité sur une surface brute comme une paroi d'un tube de production. Ces moyens d'étanchéité comprennent un ensemble de garniture 20 qui est activé sur la paroi du tube par un piston 31 déplacé par la pression hydraulique qui se trouve dans la chambre 32. Des moyens de verrouillage 33 maintiennent le piston 31 en place même sans pression dans la chambre 32.The present valve also comprises sealing means between the body of the valve and theproduction tube 10. This assembly is an essential element in that in case of failure the safety valve is totally inoperative and in that is difficult to seal on a raw surface as a wall of a production tube. These sealing means comprise a packingassembly 20 which is activated on the wall of the tube by apiston 31 displaced by the hydraulic pressure which is in thechamber 32. Locking means 33 hold thepiston 31 in place even without pressure inroom 32.

Un conduit 34 en communication avec un connecteur 22, distribue la pression hydraulique dans les chambres décrites ci-dessus : la chambre d'ouverture de la vanne 26, la ou les chambres d'ancrage 29 et 29a, la chambre des moyens d'étanchéité 32. Le connecteur 22 est relié à la surface par les tiges 14 (figure 2B). Il faut noter que la montée en pression hydraulique dans le conduit 34 (environ 35 MPa), transmet l'énergie de pression dans toutes les chambres à la fois ce qui réalise, sensiblement dans le même temps: l'ouverture de la vanne, son ancrage et son étanchéité dans le tubing. Lorsque la pression hydraulique chute dans le conduit 34, la vanne se ferme mais reste en place, ancrée et étanche. Un profil spécial 35 situé en tête du corps de la vanne permet de désancrer le corps de vanne par traction et battage à l'aide d'un outil de repêchage adapté à ce profil. Par battage sur le corps de la vanne, on casse une série de goupilles de cisaillement qui libèrent le ou les pistons d'ancrage 28, 28a, ainsi que le piston d'étanchéité 31. La vanne libérée peut être alors remontée en surface.Aduct 34 in communication with aconnector 22, distributes the hydraulic pressure in the chambers described above: the opening chamber of thevalve 26, the anchoring chamber orchambers 29 and 29a, the chamber of the sealing means 32. Theconnector 22 is connected to the surface by the rods 14 (Figure 2B). It should be noted that the rise in hydraulic pressure in the duct 34 (about 35 MPa), transmits the pressure energy in all the chambers at the same time which achieves, substantially at the same time: the opening of the valve, its anchorage and its tightness in the tubing. When the hydraulic pressure drops in theconduit 34, the valve closes but remains in place, anchored and sealed. Aspecial profile 35 located at the top of the valve body allows the valve body to be disengaged by traction and threshing with the help of a recovery tool adapted to this profile. Threshing on the valve body breaks a series of shear pins that release the anchoring piston orpistons 28, 28a, and thesealing piston 31. The released valve can then be raised to the surface.

Les figures 4A et 4B illustrent schématiquement le principe de l'ensemble de garniture 20 des moyens d'étanchéités entre le corps porte garniture 36 et le tube de production 10. La référence (j) désigne le jeu radial entre le diamètre extérieur des garniture d'étanchéité 37 et le diamètre intérieur du tube. Ce jeu est généralement de l'ordre de 2,5 mm, mais peut atteindre 5 mm. La garniture est constituée d'un empilage de huit coupelles 38 de forme optimisée pour résister à la pression après avoir été déformées contre la paroi du tube. La pièce 40 constitue l'appui sur lequel est comprimé, selon un effort axial, l'empilage des coupelles 38. La pièce 41 désigne le nez du piston (référencé 31 sur la figure 3). Une coupelle anti extrusion 39 est intercalée entre la première coupelle et le nez du piston 41. Il faut noter que la pression du puits s'applique dans le sens de la flèche référencée 42.FIGS. 4A and 4B schematically illustrate the principle of the packingassembly 20 of the sealing means between the liningbody 36 and theproduction tube 10. The reference (j) designates the radial clearance between the outside diameter of the lining sealing 37 and the inner diameter of the tube. This game is generally of the order of 2.5 mm, but can reach 5 mm. The packing consists of a stack of eightcups 38 of optimized shape to withstand the pressure after being deformed against the wall of the tube. Thepart 40 is the support on which is compressed, in an axial force, the stack of thecups 38. Thepart 41 designates the nose of the piston (referenced 31 in Figure 3). Ananti-extrusion cup 39 is interposed between the first cup and the nose of thepiston 41. It should be noted that the pressure of the well is applied in the direction of the arrow referenced 42.

La forme optimisée des coupelles 38 résulte de la forme générale en chevron dits en « U » ou « V », dans laquelle la section des coupelles présentent une symétrie selon un axe parallèle à l'axe central (on pourra se référer à l'ouvrage technique :« Seals and Sealing Handbook » -Ed. The Trade and Technical Press Limited, 1985). Ces joints conviennent pour des montages sans rattrapage de jeu, ou de quelques dixièmes de millimètre seulement. En effet, on a vérifié que des joints de section à axe de symétrie ne sont pas compatibles avec des rattrapages de jeu important, par exemple supérieur à 2,5 mm, en particulier dans le cas de tenue à une pression supérieure à 5000 PSI, c'est à dire environ 350 MPa.The optimized shape of thecups 38 results from the general shape in so-called chevron "U" or "V", in which the section of the cups have a symmetry along an axis parallel to the central axis (we can refer to the book Technical "Seals and Sealing Handbook" -Ed. The Trade and Technical Press Limited, 1985 ). These seals are suitable for assemblies without catch-up, or only a few tenths of a millimeter. Indeed, it has been verified that symmetrical axis section joints are not compatible with large backlash compensations, for example greater than 2.5 mm, in particular in the case of withstanding a pressure greater than 5000 PSI, that is, about 350 MPa.

Pour qu'une garniture d'étanchéité puisse rattraper un jeu de quelques millimètres, on a déterminé qu'il faut optimiser notamment : la capacité de déformation du matériau, la tenue à la pression de ce même matériau, le niveau des frictions sur le porte garniture de façon que les déformations nécessaires soient obtenues avec de moindres efforts.In order for a seal to catch up to a few millimeters, it has been determined that it is necessary to optimize in particular: the deformation capacity of the material, the resistance to the pressure of the same material, the level of friction on the door trim so that the necessary deformations are obtained with less effort.

La figure 4B illustre de façon schématique l'ensemble de la garniture une fois comprimé par l'action du piston 41. La partie intérieure de l'empilage des coupelles fait étanchéité sur la surface 43 du porte-garniture 36. La coupelle métallique anti extrusion 39 se déforme pour s'arc-bouter sur la paroi interne 44 du tube de production. La lèvre externe des coupelles est relevée pour également s'appuyer sur le tube et obturer l'espace annulaire. En pression, selon la flèche 42, les garnitures s'appuient plus fortement sur le tube tout en étant maintenues par la coupelle anti extrusion.FIG. 4B schematically illustrates the assembly of the packing once compressed by the action of thepiston 41. The inner part of the stack cups is sealing on thesurface 43 of thestuffing box 36. Theanti-extrusion metal cup 39 is deformed to be bent on theinner wall 44 of the production tube. The outer lip of the cups is raised to also rest on the tube and seal the annular space. Under pressure, according to thearrow 42, the linings bear more strongly on the tube while being held by the anti-extrusion cup.

La forme optimisée des coupelles d'étanchéité peut être définie ainsi : la section de la coupelle est en forme de V dont une des branches, celle au contact avec la surface du porte-garniture (diamètre intérieur de la coupelle), est raccourcie 47. Ainsi, la pointe 45 du V ne se trouve plus dans la position médiane de l'espace annulaire entre le cylindre porte-garniture et la paroi intérieure du tube, mais est décalée et plus proche du porte-garniture. La branche du V 46 qui supporte le plus de déformation, celle qui se trouve du coté jeu j, est la plus longue favorisant son déplacement sous l'action du piston. La forme de l'extrémité des deux branches du chevron dissymétrique est adaptée à se plaquer efficacement sur les surfaces cylindriques du porte-garniture et du tube de production. On a vérifié par expérience et calculs aux éléments finis que cette forme dissymétrique des coupelles fournit des contraintes de contact les plus régulières et donc une bonne tenue à la pression.The optimized shape of the sealing cups can be defined as follows: the section of the cup is V-shaped, one of the branches, the one in contact with the surface of the stuffing box (internal diameter of the cup), is shortened 47. Thus, thetip 45 of the V is no longer in the middle position of the annulus between the stuffing cylinder and the inner wall of the tube, but is shifted and closer to the stuffer. The branch of theV 46 which supports the most deformation, that which is on the side play j, is the longest favoring its displacement under the action of the piston. The shape of the end of the two branches of the asymmetrical chevron is adapted to be plated effectively on the cylindrical surfaces of the stuffing box and the production tube. It has been verified by experience and finite element calculations that this asymmetrical shape of the cups provides the most regular contact stresses and therefore a good resistance to pressure.

Comme matériau, on pourra utiliser du caoutchouc HNBR de dureté 80 Shore A qui convient également pour les températures courantes dans les puits de production.As a material, HNBR rubber of hardness 80 Shore A may be used which is also suitable for the current temperatures in the production wells.

Selon l'invention, le nombre de coupelles est choisi à huit dans le cas d'une vanne adaptée à être descendue dans un tube d'environ 75 à 80 mm de diamètre intérieur. L'invention ne se limite pas à ce nombre de coupelles qui peut varier en fonction de la pression de service et/ou la nature des fluides.According to the invention, the number of cups is chosen at eight in the case of a valve adapted to be lowered into a tube of about 75 to 80 mm internal diameter. The invention is not limited to this number of cups which can vary depending on the operating pressure and / or the nature of the fluids.

Claims (10)

1. A well safety valve placed in a production tubing (10), including a body (17) comprising shutoff means (18) for shutting off an inner passage of said body, anchoring means (19) for anchoring said body in said tubing, sealing means (20) between said body and the wall of the tubing, said valve including means (14) for communicating a hydraulic pressure between said valve and the surface of the well, wherein said shutoff, anchoring and sealing means comprise hydraulic activation means (25, 28, 31) such that said hydraulic pressure transmitted from the surface activates said means so as to open said passage, anchor the valve in the tubing and activate the sealing means on the tubing wall,characterised in that said sealing means comprise a pile of several ring-type joints (38) made of a resilient material that can be compressed by displacement of a compression sleeve (41) of a hydraulic piston and in which the section of said ring-type joints has the shape of a V with an unsymmetrical length of the branches thereof, the branch in inner contact (47) with the valve body being the shorter, branch (46) in contact with the tubing wall, after the pile is compressed by the piston, is deformed to come into contact with the tubing wall.
2. The valve according to Claim 1, in which said shutoff means comprise a shutoff valve (18) held in closed position by a return means (27), a hydraulic piston (26) providing, under pressure, longitudinal displacement of a sleeve (23) so as to keep said shutoff valve open.
3. The valve according to claim 1 or 2, in which said anchoring means comprise grips (19) that can be displaced radially against the tubing wall by an anchoring sleeve (28a) of a hydraulic piston (29a).
4. The valve according to claim 3, in which anchoring is mechanically locked by means (30a) for immobilizing the anchoring sleeve.
5. The valve according to one of claims 1 or 4, in which said pile comprises a metal anti-extrusion cup (39) of which the outer diameter is approximately the outer diameter of the valve body before the pile is compressed.
6. The valve according to one of claims 1 to 5, in which said pile consists of eight V-shaped cups (38) made of HNBR-type elastomer with an A Shore hardness of approximately 80.
7. The valve according to claim 1 to 6, in which the pile is mechanically held compressed by means for immobilizing the compression sleeve.
8. The valve according to one of the prececeding claims, in which the hydraulic communication means consist of tubular elements put together by means of connections, one end of a first element is connected to the body of said valve, one end of the upper element is connected to a hanger element.
9. The valve according to Claim 8, in which the hanger element is held in an adapter (12) fastened to the wellhead and comprising means for hydraulic communication with said tubular elements.
10. The valve according to Claim 9, in which said adapter comprises radial-displacement grips (51 a, 51 b) intended to grip said tubular elements.

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