CA1310263C - Dispositif d'ancrage d'une sonde dans un puits par ecartement de bras d'ancrage mobiles - Google Patents

Abstract

: Dispositif d'ancrage d'une sonde dans un puits par écartement télécommandé depuis la surface, d'au moins un bras d'ancrage maintenu en position de fermeture par un verrou escamotable engagé dans une tige reliée au bras d'ancrage par des bielles. La pression extérieure s'exerce sur le verrou en permanence (par les ouvertures 21, 21A) le verrou est solidaire d'une tête déplaçable dans une cavité. Des moyens, contenus dans un espace intérieur du corps, permettent d'appliquer à la tête une pression proportionnelle à la pression extérieure ce qui maintient le verrou bloque dans la tige, ou une pression beaucoup plus faible d'où il résulte un dégagement du verrou. Application à la prospection pétrolière par exemple.

Description

~31~2~3 L'invent;on a pour objet un dispositif perfectionné d'ancrage d'une sonde dans un puits par ecartement de bras d'ancrage mobiles venant s'appliquer contre les parois. Par le brevet FR. 2.548.727, on connait un dispositif d'ancrage d'une sonde dans un puits par ecartement de bras d'ancrage mobiles venant s'appliquer contre les parois.
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La sonde est équipee par exemple d'un appare;llage de mesure destine ~
l'étude des format;ons géologiques rencontrees ou à la realisation d'operations de prospection sismique. Elle est suspendue à un cable electro-porteur comportant des lignes d'alimentation électrique de l'appareillage de mesure et des lignes de transmission de signaux.
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Le d;spositif d'ancrage decrit dans le brevet anterieur cité comporte au moins un ressort, une tige entraînee en translation par la détente du ressort, des moyens pour transformer le mouvement de translation de la tige en un mouvement de pivotement d'au moins un bras d'ancrage et - des moyens d'immobilisation par ;ntermittence de la tige en position de compression du ressort. Les moyens d'immobilisation comportent un verrou adapte à venir s'engager dans un evidement radial de la tige en position de compression du ressort et des moyens hydrauliques pour deplacer le verrou.

Les moyens hydrauliques peuvent comporter une cavité ménagee dans le corps de l'appareil, une tête solidaire du verrou en translation et adaptee à coulisser dans la cavité, et un circuit hydraulique pour appliquer par ;ntermittence des pressions inégales sur les deux faces opposees de la tête,~ l'une des deux pressions etant égale à la ""

:

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:~3~L~263 press;on regnant dans ~e puits à la profondeur choisie où l'appare;l est i~mobilise. L'application des deux pressions inegales est effectuee par exemple au moyen d'une elec~ro-vanne.

Le dispositif étant le plus souvent utilise a une profondeur de pLus;eurs centa;nes de mètres de profondeur où la press;on est ;mportante, La force a laquelle est soumis le verrou du fait de La pression d;ffèrent;elle appliquee au p;ston, est cons;derable et permet un déclenchement très sûr et très franc de l'ouverture du bras.

On a c~nstaté à L'usage cependant que des declenchements accidenteLs pouvaient se produ;re bien que L'eLectro-vanne soit en positi~n de fermeture et isolait Le verrou de la pression de puits. Ceci est imputabLe à des dé~auts d'étancheité qui mettent le ~Luide hydrauL;que du circuit de commande du ~err~u inopinément en équi-pression avec la pression régnant dans le puits et font reculer Le verrou.

La presente invention a pour objet un nouveau mode de réalisation du dispositif permettant d'ev;ter tout declenchement intempestif de chaque bras d'ancrage.

Selon la présente invention, il est prévu un disposi~if perfectionné d'ancrage d'une sonde dans un puits par écartement d'au moins un bras d'ancrage pouvant pivoter par rapport au corps de la sonde, comportant au moins un ressort, une tige entrainée en translation par la détente du ressort, des moyens pour transformer le mouvement de translation de la tige en un mouvement de pivotement du bras d'ancrage et des moyens d'immobilisation par intermittence de la tige en position de compression du ressort les~uels comportent un verrou de section déterminée adapté à venir s'engager dans un évidement radial de la tige en position de compression du ressort, .~
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2 ~ 3 ~, et des mQyens hydrauliques pour deplacer le verrou vers une position ~e dégagement ou la -tige est libérée, lesquels moyens comportent une cavité ménagée dans le corps de la sonde, une tête solidaire du verrou en translation et adaptée à coulisser dans ladite cavité, la tête ayant une section .supérieure à celle ~u verrou, et un circuit hydraulique pour appli~uer une pression variable à
la tête du verrou, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'applica~ion de pression pour appliquer au verrou en permanence une pression égale à celle règnant dans le puits, et à la tête solidaire du verrou, une pression antagoniste pouvant varier entre une premi~ère pression dont la valeur est suffisante pour déplacer le verrou vers sa position d'engagement dans l'évidement radial de la tige, et une seconde valeur assez faible pour que le verrou svit poussé vers sa position de dégagement.

Les moyens d'appl;cat;on de press;on peuvent par exemple une canalisation debouchant dans la cavite du coté de La tête opposee au verrou et des moyens de commutation pour appliquer sélectivement à la tete la prem;ère pression ou la seconde press;on.

Les moyens d'appl;cation de pression peuvent une première et une seconde chambres de sect;ons differentes menagees dans le corps de la sonde, un prem;er et un second pistons de sections différentes adaptees respect;vement aux sections de la prem;ere et la seconde chambres, le premier piston de plus faible section etant expose en permanence à la pression dans le puits, la seconde chambre où se deplace le second piston communiquant avec lad;te canalisation, laquelle est reliee par intermi~tence à un volume où règne une pression infér;eure à la pression règnant dans le puits par l'intermédiaire d'une electro-vanne.

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_ ~3~L~2~3 - 3a -Avec un tel 3gencement, toute fuite éventuelle qu; mettra;t la fluide dans la canalisation a une pression identique à celle qui règne dans le pu;ts, ne peut qu'accroitre encore les forces resultantes appliquees à l'ensemble du verrou et de la tete et qui le maintiennent . en position de verrouillage. Tout déclenchement inopine devient impossibLe.

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif appara;tront mieu~ à la Lecture de la description du nouveau mode de réalisation et en se réferant aux dessins annexés où :

~ la figure 1 represente une vue partielle de La sonde qui montre le d;spositif d'ancrage en position de verrouillage maintenant ferme un bras d'ancrage, . _ .

~31~3 - la figure 2 montre en détail les moyens d'application de pression dans une position permettant le verrouillage du bras d'ancrage en position de fermeture, - la figure 3 représente une vue analogue à la figure 1 où le dispositif d'ancrage a ete declenche pour permettre l'ecartement du bras et, - la figure 4 a une vue analogue à celle de la figure 2 ou Les moyens d'applicati~n de pression sont représentés dans une position permettant le déclenchement du verrou d'ancrage.

Le dispositif d'ancrage representé aux figures 1 et 2 est associe à
une sonde tubulaire 1 comportant une partie superieure 2 et une partie inférieure 3 rendues solidaires l'une de l'autre par plusieurs barres 4~

L'appareillage de mesure, constitue de géophones par exemple, est contenu dans un compartiment S de la partie inférieure 3 de la sonde et relié a un câble multi-fonctions supportant la sonde par des conducteurs electriques (non representés) passant par exemple à
l'intérieur des barres ~

Une des barres 4 comporte un axe 6 autour duquel peut pivoter un bras d'ancrage 7. Sur un axe 8 fixe au hras d'ancrage 7 à une certaine distance de l'axe 6, vient s'articuler une premiere extrémite d'un premier bras de manoeuvre 9. Sur un axe 10 solidaire d'une autre barre 4, vient s'articuler une première extrémité d'un second bras de manoeuvre 11. Les secondes extremités des deux bras de manoeuvre 9, 11 peuvent pivoter: par rapport à un axe commun 12. Sur cet axe commun peut egalement pivoter une premierè extrémité d'un troisième bras de manoeuvre 13.

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-` 131~2~3 Le dispositif d'ancrage comporte également une tige 14 pourvue d'un evidement 15 au fond duquel est fixé un axe d'articuLation 16 pour la seconde extremité du troisième bras de manoeuvre 13~ La tige peut coulisser dans un Logement cylindrique de gu;dage 17 ménagé dans l'axe du corps 18 de la sonde.

Un ressort heL;coidal 19 s'appuyant à une première extrémite sur le corps de la sonde et a une seconde extrem;té sur un epaulement 20 de la tige 14, exerce sur celle-ci une force tendant à la faire sortir de son logement de guidage 17. Un canal axial 21 est ménagé dans la partie supérieure de la tige 14. Il communique avec un alesage radial 21A débouchant à l'exterieur du corps 18.

La partie superieure du logement 17 est prolongée par une chambre 22 de section super;eure contenant un liquide hydraulique. Un piston 23 constitue de deux parties de sections différentes 51 et 52, est adapte à coulisser l;brement et de manière etanche dans la chambre 22 et la part;e super;eure du logement de gu;dage 17, sous l'action de la d;fference de press;on eventuelle entre la press;on du l;qu;de hydraulique et celle regnant dans le pu;ts, de man;ère à annuler cette d;fférence de press;on.

Le dispositif comporte encore un verrou 24 pourvu d'une tête 25 de plus grande section déplaçable à l'interieur d'une cavité cylindrique 26 menagée radialement dans le corps 18 de la sonde, entre une position de retrait ou le verrou est retracté entierement à
l'interieur dudit corps et une position avancee ou il saille à
l'interieur du logement de guidage 17. Un evidement 27 ~Fig. 3-4) est menage radialement dans la tige 14 pour le verrou 24. Il débouche dans le canal centraL 21 de la tige 14 et ainsi la pression Pe regnant dans le puits vient s'appliquer en permanence sur le verrou du cote de La tige 14. La cavité 26 est fermée exterieurement par un bouchon 28.

Les dimensions des bras de manoeuvre et l'emplacement des axes , -.
- , , : :

~31~2~3 d'articulation 8, 10 ,12 et du logement 27, sont choisis de maniere que, lorsque Le bras d'ancrage 7 est en position de fermeture le long du corps de la sonde, le ressort hélicoidal 19 soit bandé et le verrou soit engagé dans l'évidement 27.

Les moyens d'application de pression permettant le déverrouillage du bras 7, sont disposés dans un logement 29 du corps dont le détail est montre sur les figures 2 et 4~ Ils comportent tout d'abord une pièce tubulaire rapportee 30 de section adaptee a celle de la chambre 22 et fixee dans celle-ci par vissage. La pièce 30 comporte une cavité
interieure cylindrique 31 fermée du coté du piston 23 et ouverte du cote opposé. La chambre 22 est prolongee par une autre chambre 32 de plus grande section. Dans cette chambre 32 est disposee une électro-vanne 33 pourvue d'un embout filete 33A qui vient se visser sur la pièce tubulaire 30 à son extremite ouverte. L'électro-vanne 33 comporte un piston mobile L de section adaptee à celle de la cavité
31.

Une rainure circulaire 34 est ménagee dans la paroi de la pièce tubulaire 30 autour du piston L. Une première canalisation longitudinale 35 fait communiquer la rainure 34 et la chambre 22 entre le piston libre 23 et l'extremite fermée de la pièce tubulaire 30. Par une seconde canalisation 36 ménagee longitudinalement dans la paroi du corps 18, la rainure 34 communique avec la cavite 26 ou se deplace la tete 25 du verrou. Une seconde rainure circulaire 37 est ménagee dans la paroi intérieure de la chambre 22 autour de la piece rapportée 30.
Un premier alesage radial 38 dans la paroi de la pièce rapportée 30, fait communiquer la cavite intérieure 31 avec la rainure 37. Un second, 39, dans la paroi extérieure du corps, fait communiquer la rainure 37 avec l'exterieur de la sonde. Ce second alesage 39 est fermé par un bouchon filete 40. Deux autres alésages radiaux 41, 42 sont egalement menages dans la paroi du corps. A une première extrémité, ils débouchent tous les deux à l'exterieur du corps et sont clos respectivement par deux bouchons filetés 43, 44. A leur extrémite :` ` : ` :

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- ~3~12~

opposée, ils communiquent respectivement avec les deux parties de la chambre 22 de part et d'autre du piston libre 23, la première du côte de la pièce rapportée 30, la seconde du côte du canal 21 dans la tige 14.

Des joints d'etancheite 45, 46, 47, 48, 49 sont disposés respectivement autour du piston P, de la pièce rapportée 30, du piston 23, de la tige 14 et du verrou 24, pour permettre leur coulissement etanche.

L'electro-vanne 33 est relie par des conducteurs 50 à une ligne de transmission incluse dans le câble electro-porteur tnon represente).
En position de repos, le piston L est en position d'extension (Fig. 1, 2) et isole l'interieur de la cavite 31 de la rainure 34.

1S Quand l'electro-vanne 33 est activee, le piston P recule suffisamment tFig. 3, 4) pour faire communiquer la cavite 31 avec la rainure 34 et donc avec la canalisation 36.

Lorsque l'electro-vanne est en position de repos, la pression extérieure Pe s'exerce par l'intermediaire du canal 21 dans la tige 14 et de l'évidement 27~ sur la face de plus petite section S2 du piston libre 23 et sur le verrou 24 de section S3.

La pression de liquide hydraulique dans la chambre 22 du côté du piston libre oppose a la tige 14, est réduite dans le rapport S1/S2.
Cette pression hydraulique réduite est transmise dans la cavite 26 par l'intermediaire des canalisations 35 et 36 et s'exerce sur la tete 25 solidaire du verrou, dont la section est S4. La force resultante Fr appliquee au verrou 24 peut s'exprimer par la relation :
Fr = ( S3 - S4 S1 ) Pe (1) :

~3~2~3 Les differentes sections S1 a S4 sont choisie de manière que la force Fr soit centripète et ait pour effet d'enfoncer le verrou dans l'évidement 27 ~Fig. 3, 4) de la tige en position de fermeture du bras diancrage.

Le dispositif fonctionne de la manière suivante :

La sonde se trouvant en surface, et l'électro-vanne 33 étant fermée de manière à isoler la chambre ;nterieure 31, on ouvre le bouchon filete 40 pour la purger de l'huile qu'elle peut contenir et on la remplit d'air à une pression faible p, (la pression atmosphérique par exemple). Par le canal 42, on fait le vide dans la partie de la chambre 22 opposee à la pièce rapportée 30.

De l'huile est injectee dans la chambre 22 par la canalisation 41 en quantité suffisante pour remplir les canalisations 35, 36, la rainure

3~ et la cavité 26, et les purger d'air.

La force resultante Fr s'exerçant sur le verrou 24 (cf relation 1) est suffisante pour pousser celui-ci contre la tige 14. ~uand on amène le bras d'ancrage 7 en position de fermeture contre la paroi du corps (Fig. 1) en comprimant le ressort hélicoidal 19, on provoque le retrait de la tige 14 à l'intérieur de son logement de guidage 17 jusqu'a sa position d'armement ou le verrou 24 s'enfonce dans l'évidementa Le bras d'ancrage est verrouille.
Paur verifier le verrouillage on peut injecter dans la chambre 22 et la cavite 26 au moins momentanément, une pression hydraulique relativement elevee.

La sonde est alors descendue dans Le puits. Au fur et à mesure de sa descente, la pression exterieure croît. Le recul du piston libre 23 à
l'interieur de la chambre 22 sous l'action de cette pression qui lui est appliquee par le canal axial 21, permet d'egaliser à chaque . , : : :

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~3~2~

_ 9 _ instant la pression du liquide hydraulique contenu dans la chambre 22 avec celle rbgnant dans le puits.

Lorsque la sonde est parvenue à la profondeur choisie où elle doit être ancree, on act;onne llelectro-vanne 33 de manière que le piston P
recule (Fig. 3, 4) et mette en communication les canalisations 35, 36 avec la cavite interieure 31 à très basse pression p. Le verrou est soumis du côté du canal axial 21 à une force egale a Pe~S3 et du caté
oppose à une force égale à p.s4 la resultante est une force centrifuge suffisante pour vaincre les forces de frottement du verrou 24 dans son evidement 27 de la tige 14 et le chasser vers sa pOSitiGn de retrait (Fig. 3, 4).

La tige 14 se trouve liberée et, sous l'action du ressort helico;dal 19, est poussee vers l'exterieur de son logement de guidage 17. Le pivotement des bras de manoeuvre 9, 11, 13 resultant de ce mouvement, a pour effet de faire pivoter le bras d'ancrage 7 et, lorsqu'il vient en appui sur la paroi, de presser la sonde 1 contre la paroi opposee du puits. L'appareillage contenu dans la sonde peut alors être utilisé.
Les pressions antagonistes s'exerSant sur le verrou et l3 tete sont constamment l'une égale, l'autre proportionnelle ~ la pression exterieure et des fuites éventuelles ne peuvent changer la direction de la resultante des forces qui les maintient en position de verrouiLlage.

On ne sortirait pas du cadre de l'invention en util;sant le meme système hycdraulique pour commander le deverrouillage simultané de plusieurs bras d'ancrage tels que le bras 7.

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Claims (4)

1 - Dispositif perfectionne d'ancrage d'une sonde dans un puits par écartement d'au moins un bras d'ancrage pouvant pivoter par rapport au corps de la sonde, comportant au moins un ressort, une tige entraînée en translation par la détente du ressort, des moyens pour transformer le mouvement de translation de la tige en un mouvement de pivotement du bras d'ancrage et des moyens d'immobilisation par intermittence de la tige en position de compression du ressort lesquels comportent un verrou de section déterminée adapté à venir s'engager dans un évidement radial de la tige en position de compression du ressort, et des moyens hydrauliques pour déplacer le verrou vers une position de dégagement où la tige est libérée, lesquels moyens comportent une cavité ménagée dans le corps de la sonde, une tête solidaire du verrou en translation et adaptée à coulisser dans ladite cavité, la tête ayant une section supérieure à celle du verrou, et un circuit hydraulique pour appliquer une pression variable à la tête du verrou, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'application de pression pour appliquer au verrou en permanence une pression égale à celle règnant dans le puits, et à la tête solidaire du verrou, une pression antagoniste pouvant varier entre une première pression dont la valeur est suffisante pour déplacer le verrou vers sa position d'engagement dans l'évidement radial de la tige, et une seconde valeur assez faible pour que le verrou soit poussé vers sa position de dégagement.

2 - Dispositif d'ancrage selon le revendication 1, caractérisé en ce que le circuit hydraulique comporte une canalisation débouchant dans la cavité de cote de la tête oppose au verrou et des moyens de commutation pour appliquer sélectivement à la tête la première pression ou la seconde pression.

3 - Dispositif d'ancrage selon la revendication 2, caractérise en ce que les moyens d'application de pression comportent une première et une seconde chambres de sections différentes ménagées dans le corps de la sonde, un piston comprenant deux parties de sections différentes adaptées respectivement aux sections de la première et de la seconde chambres, la partie du piston de plus faible section étant exposée en permanence à la pression dans le puits, la seconde chambre où se déplace la partie de plus grande section du piston communiquant avec ladite canalisation, laquelle est reliée à un volume où règne une pression inférieure à la pression régnant dans le puits, par l'intermédiaire d'une électro-vanne, les moyens d'application de pression comportant en outre des ouvertures pour l'application au verrou de la pression extérieure.

4 - Dispositif d'ancrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'application de pression comportent une pièce rapportée pourvue d'une cavité intérieure, un piston associé à
l'électro-vanne et déplaçable entre une position d'obturation de la cavité intérieure et une position où ladite cavité intérieure est mise en communication avec ladite seconde chambre et avec ladite cavité où
se déplace la tête du verrou.