Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
La présente invention concerne une méthode et un dispositif destinés à
optimiser le
pompage d'un effluent s'écoulant d'une formation géologique dans un drain. Le
disposirif
comporte des moyens de pompage ayant au moins deux orifices d'entrée
d'aspiration
permettant le soutirage de l'effluent dans au moins deux zones différentes sur
la longueur du
drain.
Le terme de drain utilisé ici signifie un puits foré de façon à traverser au
moins une
couche géologique productrice d'un effluent qui s'écoule et est collecté par
ledit puits ou
drain. Le drain peut traverser plusieurs couches productrices indépendantes ou
non, il peut
être cuvelé ou non, et dans le premier cas, le cuvelage peut être cimenté puis
perforé ou
préperforé.
Les méthodes conventionnelles de pompage consistent à mettre en place dans un
puits une pompe plongée dans l'effluent produit par une formation géologique
traversée par
un drain foré à partir du puits. Le point d'aspiration de l'effluent est
unique et est situé
sensiblement dans le voisinage de la pompe. La pompe refoule l'effluent vers
la surface par
l'intermédiaire d'un conduit tubulaire qui relie la pompe avec la surface.
L'entraînement de
la pompe est soit électrique, dans ce cas un câble descendu dans le puits avec
la pompe
fournit l'énergie électrique au moteur de la pompe, soit mécanique par des
tiges de pompage
animées à partir de la surface d'un mouvement longitudinal alternatif ou de
rotation. La
pompe peut être du type à piston alternatif ou rotative, par exemple du type
"MOINEAU".
Dans le cas où le drain traverse les couches productrices de l'effluent sur
une
grande longueur, par exemple lorsque le drain est sensiblement horizontal dans
le réservoir
géologique, les pertes de charge dues à l'écoulement sur une grande longueur
de drain,
peuvent ne plus être négligeables. Dans ce cas la méthode conventionnelle a
tendance à
exploiter d'une manière moins efficace les zones du drain les plus éloignées
de l'entrée
d'aspiration de la pompe. De plus, lorsque le drain traverse des couches
possédant des
hétérogénéités de perméabilité et/ou de composition d'effluent, les fluides de
plus grande
mobilité seront produits préférentiellement aux autres. Dans le cas
particulier où il y a
apparition de venues d'eau dans une zone du drain, les autres zones situées du
coté opposé à
la pompe, par rapport à la zone des venues d'eau, seront exploitées d'une
manière peu
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efficace ou peut être plus du tout. De même, lorsque la géométrie du drain
procure des
piëges pour les fluides plus légers.
L'objet de la présente invention est de pallier ces inconvénients sans
nécessiter
d'équipements complexes et difficiles à meta~e en oeuvre dans un puits
pétrolier.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de pompage d'un effluent
s'écoulant dans un drain forë à travers au moins une couche géologique formant
un
réservoir dudit effluent. Le dispositif comporte des moyens de pompage
comportant au
0 moins deux orifices d'entrée d'aspiration espacées entre elles d'une
distance prédéterminée
de façon à drainer deux zones de production du drain.
Plus particulif~rement, la présente invention concerne
un dispositif de pompage d'un effluent s'écoulant dans un
drain foré à travers au moins une couche géologique formant
un réservoir dudit effluent, ledit dispositif comportant:
- des moyens de pompage comportant au moins deux
orifices d'entrée d'aspiration dudit effluent:
- une pompe; et
20 - des moyens de contrôle des flux des effluent
provenant à la pompe par les deux orifices d'entrée
d'aspiration, les moyens de contrôle comportant des vannes
télécommandées de régulation des flux des effluents
provenant des deux orifices d'entrée; et
- au moins un corps de pompe en communication avec
lesdits orifices d'entrée d'aspiration, lesdits orifices
étant disposés dans deux zones de production dudit drain,
un premier des deu:~ orifices d'entrée d'aspiration étant
plus près du corps de pompe que l'autre orifice d'entrée
30 d'aspiration.
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De préférence, l'un des deux orifices d'entrée
d'aspiration peut être situé dans le voisinage des moyens
de pompage et l'autre peut se trouver à l'extrémité d'une
longueur de tubes solidaires des moyens de pompage.
Le dispositif peut comporter un moyen d'étanchéité
annulaire entre ledit tube et la paroi dudit drain, adapté
à séparer le drain en deux zones de production.
L'invention concerne aussi une méthode de pompage d'un
effluent s'écoulant dans un drain. Dans la méthode, on
optimise 1e soutirage de l'effluent par des moyens de
pompage ayant au moins deux orifices d'entrée d'aspiration
et on dispose lesdits orifices d' entrée dans deux zones de
production du drain.
Plus particuli~rement, la présente invention propose
une méthode de pompage d'un effluent s'écoulant d'une
formation géologique dans un drain, ledit drain ayant une
longueur sélectionnée s\'étendant horizontalement à travers
ladite formation contenant un effluent, la méthode drainant
l'effluent dans le drain depuis des zones le long de la
longueur du drain, la méthode comprenant les étapes de:
- pompage de l'effluent par le drain avec une pompe
disposée au moins à proximité du drain;
- applicati.on sélective d'une succion depuis la
pompe à une premiére zone du drain éloigné de la pompe pour
pomper de l'effluent de la première zone;
- application sélective d'une succion depuis la
pompe à une deuxième zone du drain espacée par rapport à la
première zone pour pomper l'effluent de la deuxième zone;
- contrôler depuis un endroit situé au-dessus du
drain 1' application de la succion, pour ainsi contrôler un
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taux d'écoulement d'effluent par rapport à la première et à
la deuxième zone.
On peut contrôler les débits des effluents parvenant aux moyens de pompage par
lesdites deux orifices d'entrée.
Le contrôle peut être commandé à partir de la surface en fonction de mesures
effectuées sur les écoulements de l'effluent.
~1~0~.8'~
La méthode et le dispositif selon l'invention peuvent être appliqués au
pompage
d'un effluent s'écoulant dans un drain subhorizontal.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement
à la
description qui suit d'exemples, nullement limitatifs, illustrés notamment par
les figures ci-
annexées, parmi lesquelles
- la figure 1 représente schématiquement le principe de l'invention,
- la figure 2 montre une réalisation selon l'invention,
- la figure 3 illustre une variante selon l'invention,
- la figure 4 montre une variante d'application selon l'invention.
La figure 1 représente un puits 1 foré depuis la surface du sol. Le puits 1 se
prolonge dans la couche productrice 2 par un drain 3 sensiblement horizontal.
La roche de la
couche productrice 2 contient un effluent à produire qui s'écoule dans le
drain 3. Ces
écoulements sont symbolisés ici par les flèches 4. Le niveau atteint par
l'effluent dans le
puits 1 est référencé 5.
Des moyens de pompages 6 sont plongés sous le niveau 5 de façon à ce que les
orifices d'entrée d'aspiration des moyens de pompage soient et restent dans
l'effluent
pendant la production de l'effluent vers la surface par les moyens de pompage.
Une conduite 7 relie les moyens de pompage à la surface. En général, la
conduite 7
a été utilisée pour la mise en place et le maintien des moyens de pompage 6.
Deux orifices d'entrée d'aspiration 8 et 9 admettent l'effluent dans les
moyens de
pompage. L'entrée 8 est disposée sensiblement au voisinage des moyens de
pompage,
l'entrée 9 se trouve de préférence vers l'extrêmité opposé du drain. Un tube
10 de
prolongation, solidaire des moyens de pompage constitue une conduite
d'aspiration. La
longueur de ce tube, compte tenu de la position des moyens de pompage,
prédétermine la
position de l'entrée d'aspiration 9 une fois les moyens de pompage mis en
place dans le
puits 1. Bien entendu, l'entrée d'aspiration 8 peut elle aussi être disposée à
une certaine
distance prédéterminée par rapport aux moyens de pompage, par l'usage d'un
autre tube
prolongateur. L'écart entre les orifices d'aspiration peut être supérieur à 50
m et de
préférence supérieur à 100 m, et/ou inférieur à 3000 m, et de préférence à
2000 m.
~~.2n1~'~
4
Les moyens de pompage 6 peuvent comporter une ou deux pompes, les aspirations
8 et 9 coopérant dans ce dernier cas chacun avec une pompe. La, ou les pompes
refoulent
préférentiellement (effluent vers la surface par l'intérieur de la conduite 7.
Dans le cas où les
moyens de pompage comportent deux pompes, celles ci peuvent également
comporter des
sorties de refoulement séparées nécessitant alors deux conduites de
refoulement reliant les
moyens de pompage à la surface. Deux solutions, non illustrées ici car à la
portée de
l'homme du métier, sont envisageables : une autre colonne parallèle à la
colonne 7, ou la
mise en place d'un moyen d'étanchéité du type packer entre l'extérieur du
corps des moyens
de pompage 6 et les parois du puits 1. Dans cette dernière solution, les
conduits de
refoulement sont constitués d'une part par la colonne 7 et d'autre part par la
conduite
annulaire formée par l'extérieur de la colonne 7 et l'intérieur du puits 1 au-
dessus du packer
d'étanchéité. Dans ces deux solutions, les pompes présentent l'avantage de
pouvoir être
hydrauliquement indépendantes, c'est à dire que le flux de l'effluent
transféré par une
pompe est totalement séparé de celui transféré par l'autre pompe.
Sur la figure 1, les flèches 11 montrent l'écoulement de l'effluent provenant
de la
zone productrice 13 et se dirigeant vers l'entrée d'aspiration 8, les flèches
12 montrent
l'écoulement de l'effluent provenant de la zone productrice 14 et se dirigeant
vers l'entrée
d'aspiration 9.
Ainsi, la couche productrice drainée est séparée en deux zones de soutirage
alimentant respectivement les orifices d'entrée d'aspiration 8 et 9. La
position des entrées 8
et 9 dans la longueur du drain 3 sera déterminée notamment en fonction de la
géométrie, des
caractéristiques ou de la nature des effluents du réservoir.
La figure 2 illustre le dispositif selon l'invention dans lequel les moyens de
pompage 6 comportent deux pompes hydrauliquement indépendantes mais ayant un
entraînement commun. Les pompes sont ici illustrées par deux corps 1~ et 16 de
pompe à
piston. Des pistons 17 et 18 solidaires d'une même tige 19, sont déplacés
longitudinalement
et alternativement par des tiges de pompage prolongeant la tige 19 jusqu'à la
surface. Une
installation de surface adéquate, ici une mécanique du type "tête de cheval",
déplace le train
de figes de pompage. Le train de tiges de pompage est placé dans l'intérieur
de la colonne 7.
2~.~0~.8'~
Des clapets 20 liés aux pistons 17, 18 permettent le passage de l'effluent
dans
chaque chambre supérieure 21, 22 des corps de pompes 15, 16 pendant le
mouvement
descendant de la tige 19.
Pendant la remontée de la tige, l'effluent est refoulé des deux chambres 21 et
22
vers l'intérieur de la colonne 7, soit sensiblement directement pour la
chambre 21, soit par
l'intermédiaire de la conduite 25 pour la chambre inférieure 22. Un ensemble
de clapets de
refoulement 23a, 23b et d'aspiration 24a, 24b complète ces moyens de pompage.
L'aspiration 8 est ici représentée directement sur le corps de pompe, mais on
ne
sôrtirait pas du cadre de la présente invention si un tube prolonge
l'aspiration du corps de
pompe 15 d'une certaine distance. L'entrée d'aspiration du corps de pompe 16
se trouve à
l'autre extrémité du tube prolongateur 10.
Il est évident que cette variante peut être adaptée à d'autres types de pompe,
par
exemple des pompes rotatives du type centrifuge ou "Moineau".
L'entraînement des pompes centrifuges est généralement électrique, ce qui
ïmposera une liaison par câble jusqu'à la surface. La motorisation peut être
commune aux
deux corps, ou indépendante ce qui dans ce cas peut présenter l'avantage d'une
adaptation
plus fine des caractéristiques de pompage de chaque corps en fonction des
zones de
soutirage en régulant indépendamment chaque motorisation.
L'entraînement des pompes volumétriques, par exemple du type "Moineau" est en
général fournit par la rotation d'un train de tiges entraîné par une
installation de surface. La
liaison mécanique des rotors de chaque corps de pompe sera adaptée au
mouvement de
chaque rotor, par un ensemble de joints universels.
La figure 3 reprêsente une autre variante selon l'invention, où les moyens de
pompage comportent un seul corps de pompe 28 ayant une entrée 26 et un
refoulement 27
de l'effluent transféré. Un train de tige 30 entraîne en rotation le rotor 30
par l'intermédiaire
d'un joint universel 29.
L'admission d'effluent 26 est alimentée à la fois par l'effluent aspiré par
l'entrée 8
et celui provenant de l'entrée éloignée à l'extrémité du tube 10. Les deux
flux symbolisés
par les flèches 34 et 35 passent respectivement à travers des vannes à
ouverture réglable 32
et 33. Le réglage de ces deux vannes est contrôlé par des moyens de commande
38. La
télécommande de ces moyens de commande permet, à partir de la surface,
d'optimiser le
~12~~.~'~
pompage en contrôlant les deux débits. On peut notamment arrêter totalement
l'un des deux
débits, équilibrer la valeur des débits, ou encore équilibrer les pertes de
charge à l'aspiration
afin d'équilibrer le soutirage des différentes zones du drain.
La télécommande peut être transmise par tout moyen connu par l'homme du
métier : onde de pression ou électromagnétique, électrique, sonique,
hydraulique, fibre
optique, etc...
Des mesures de fond ou de surface pourront être effectuées pour aider à
l'optimisation du pompage. En particulier, il sera intéressant de connaître
les pressions
dynamiques au niveau des entrées 8 et 9 et au niveau des moyens de pompage.
Ces mesures
pourront être transmise à la surface par la même transmission que celle de la
commande.
Les vannes 32 et 33 peuvent ne faire qu'une vanne à deux entrées et une sonie,
comportant un seul boisseau dont le déplacement ouvre l'un des passages tout
en refermant
l'autre et inversement.
La variante selon la figure 3 ne se limite pas à un seul type de pompe. Tout
type de
pompe, adaptée à être immergée dans un puits, convient pour réaliser
l'invention.
La présente invention ne limite pas à seulement deux entrées d'aspiration, en
effet
les moyens décrits sont aisément transposables par l'homme du métier, en des
moyens
équivalents adaptés à plus de deux entrées d'aspiration, pour obtenir des
résultats
équivalents.
La figure 4 montre une application à un drain subhorizontal 3 traversant
plusieurs
couches productrices 36 et 37. L'orifice d'entrée d'aspiration 8 soutire
principalement
l'effluent provenant de la couche 36, l'entrée d'aspiration 9 soutire
l'effluent de la couche
37. Un moyen d'étanchéité totale ou partielle 39, lié au tube prolongateur 10,
peut être placé
entre les deux couches pour améliorer la spécificité de chaque entrée.
D'une manière équivalente, la couche exploitée à partir de l'entrée
d'aspiration la
plus éloignée des moyens de pompage peut se trouver à une profondeur
inférieure par
rapport à la première couche traversée par le drain 3. Cela signifie que le
drain est foré selon
une trajectoire qui remonte vers la surface. Bien entendu, ce cas peut
également se présenter
dans une même couche.
