Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention se rapporte à une installation
pour un puits pétrolier et plus particulièrement, mais pas
exclusivement, à une installation pour un puits pétrolier
activé, puits dans lequel l'écoulement des hydrocarbures du
fond à la surface est assisté, temporairement ou en continu par
un moyen d'activation, par exemple une pompe dont la sortie est
disposée au fond du puits.
Dans certains puits pétroliers, l'écoulement naturel
des hydrocarbures du fond à la surface s'avère insuffisant pour
permettre ou maintenir une production commerciale. Ceci est dû
soit à la viscosité importante des hydrocarbures, soit à une
trop faible pression naturelle au fond du puits ou encore à une
combinaison des deux. Afin de permettre la mise en production
du puits à une échelle commerciale, on peut utiliser un système
d'assistance ou système d'activation du puits. Par exemple, on
peut disposer une pompe à l'extrémité inférieure d'un tube de
production situé dans le puits. Cette pompe, munie d'un moteur
électrique immergé au fond du puits et alimenté par un câble
disposé dans l'espace annulaire entre le tubage et le cuvelage
du puits, envoie des hydrocarbures sous pression du fond à la
surface. Le câble d'alimentation du moteur électrique, ainsi
que les connections à chacune de ses extrémités, s'étendent
dans un milieu agressif, et souvent chaud et corrosif, et sont
soumis à de fortes variations de pression de gaz et subissent
ainsi une détérioration rapide. Le remplacement de ces
équipements électriques est une opération coûteuse qui
implique, de plus, des pertes de production pendant l'arrêt de
fonctionnement du puits.
L'utilisation d'un moteur électrique en fond de puits
présente d'autres inconvénients au niveau du câble
d'alimentation car il nécessite une étanchéité performante au
point où le câble pénètre dans une partie du puits en contact
avec les effluents émanant de la roche pétrolifère, ou traverse
l'ensemble de tête de puits disposé à la surface. Cette
étanchéité, difficile à réaliser, est souvent la cause de
courts-circuits détériorant l'installation et la rendant
inopérante.
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ne plus, dans ce type d'installati.on, dans lequel un
seul tubage est mis en place, le fonctionnement est souvent
handicapé par la présence de gaz que l'on peut être amené à
séparer des liquides et acheminer par l'espace annulaire.
La présente invention a pour objet une installation
pour puits pétrolier offrant une flexibilité accrue du contrôle
de l'écoulement des hydrocarbures et qui permet de définir,
dans le puits, une chambre isolée des hydrocarbures en
provenance du fond de puits.
Pour ce faire, l'invention propose une installation
pour puits pétrolier s' étendant de la surface vers une couche
de roche pétrolifère, comprenant un premier tubage disposé dans
le puits et formant une voie d'écoulement vers la surface pour
les hydrocarbures provenant de la couche de roche pétrolifère
caractérisé en ce qu'elle comprend un second tubage disposé
dans le puits et formant une seconde voie d'écoulement vers la
surface, pour les hydrocarbures provenant de la même couche de
roche, l'installation comprenant de plus une chambre entre les
tubages et la paroi du puits, qui ne contient pas
d'hydrocarbures en provenance de la couche de roche.
Selon un deuxième aspect de l'invention, le second
tubage est muni d'une pompe électrique dont le câble
d'alimentation en grande partie s'étend dans la chambre.
Plus particulièrement, la présente invention vise
une installation pour un puits pétrolier s'étendant de la
surface, depuis une tête de puits, vers une couche de roche
pétrolifère et muni d'un cuvelage, ladite installation
comprenant un premier tubage disposé dans le puits et
formant une voie d'écoulement vers la surface pour les
hydrocarbures provenant de la couche de roche pétrolifère,
un second tubage disposé dans le puits et formant une
second voie d'écoulement vers la surface pour les
hydrocarbures provenant de la même couche de roche
pétrolifère, et une chambre, qui est constituée-d'un espace
annulaire entre le cuvelage et les tubages compris entre la
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tête de puits et un joint disposé dans le puits au-dessus
du niveau de la couche de roche pétrolifère et qui est
exempte d'hydrocarbures en provenance de la couche de roche
pétrolifère, et se caractérisant en ce que le premier
tubage et le second tubage communicant entre eux en un
point à la surface ou à l'intérieur du puits par un conduit
qui débouche dans le second tubage à l'intérieur d'un
venturi disposé dans le second tubage.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente
invention ressortiront plus clairement à la lecture de la
description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur
lesquels .
- la figure lA est une vue schématique en coupe d'un puits
pétrolier activé selon l'invention ; et
- la figure 1B est une section prise selon la ligne 1B-1B de la
figure 1A.
Comme représenté sur la figure 1, un puits pétrolier 10
s'étend entre là surface 12 et une couche de roche pétrolifère
14. Le puits est muni de perforations '16 s'ouvrant dans la
roche pétrolifère qui permettent l'écoulement des hydrocarbures
vers l'intérieur du puits l0. Le puits l0 comporte un cuvelage
18 qui rend le puits étanche par rapport aux couches de roches
traversées par le puits.
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A l'intérieur du puits 10 s'étendent deux tubages de
production 20 et 22 qui peuvent être de diamètres différents.
Dans l'exemple illustré, les tubages 20 et 22 s'étendent de
façon parallèle, mais les tubages peuvent être disposés de
manière concentrique, l'un dans l'autre. Le premier tubage 20
qui s'étend entre une tête de puits, représentée
schématiquement en 24, et un joint 26, plus communément appelé
"packer", disposé, par exemple, à environ 100 m au-dessus du
niveau de la roche pétrolifère 14. Le premier tubage 20 est
éventuellement muni d'une vanne de sécurité 28 vers son
extrémité supérieure, par exemple à 50 m du sol. Le deuxième
tubage 22, également soutenu par la tête de puits et muni
éventuellement d'une vanne de sécurité 29, s'étend parallèle au
premier tubage 20 et immédiatement adjacent à ce dernier. Le
diamètre du deuxième tubage 22 est préférablement inférieur à
celui du premier tubage 20.
Vers son extrémité inférieure, le deuxième tubage 22
comporte un ensemble de pompage, représenté généralement en 30,
qui comprend une pompe 32 mise en rotation par un moteur
électrique 34. Le moteur électrique 34 est alimenté par un
câble électrique 36 disposé à l'extérieur des tubages 20, 22.
De préférence, le câble 36 s'étend au voisinage des deux
tubages 20, 22, comme représenté sur la figure 1B, à l'abri
ainsi de chocs mécaniques qui peuvent se produire lors des
opérations de réparation du puits.
Dans l'exemple illustré, le moteur électrique est
entouré d'une chemise 38 munie d'une prolongation tubulaire 40
qui s'étend jusqu'à un niveau en-dessous des perforations 16.
La pompe a pour fonction d'aspirer les hydrocarbures les plus
lourds, les plus légers tendant à remonter naturellement par le
tubage 20. Les deux tubages 20 et 22 sont solidarisés par des
joints 46.
L'installation pour puits pétrolier ainsi décrite peut
ëtre mise en production de plusieurs façons.
Dans le cas d'un puits au moins faiblement éruptif, une
première fraction des hydrocarbures, légère car comportant une
quantité importante de gaz, passe par le premier tubage 20 qui,
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ayant un diamètre important, favorise l'écoulement naturel des
hydrocarbures avec une friction minimum.
Les hydrocarbures les plus lourds, provenant de la
roche pétrolifère, suivent un chemin représenté par des flèches
42 vers la partie tubulaire 40, qui communique avec des entrées
44 de la pompe 32. Ce chemin comporte une section d'écoulement
descendant qui favorise l'élimination gravitaire du gaz libre,
présent dans le liquide, par différence de densité de phase. Le
passage des hydrocarbures liquides autour du moteur 34 avant
d'atteindre la pompe 32 assure le refroidissement du moteur.
A la surface 12, au-delà de la tête de puits 24, les
tubages 20 et 22 bifurquent formant des conduits 20' et 22'
respectivement. Les conduits 20' et 22' sont reliés par un
conduit 48 qui débouche à l'intérieur d'un venturi 50 disposé
dans le conduit 22' et dont la fonction est de renforcer
l'aspiration des hydrocarbures légères dans le conduit 22'. Le
conduit 48 est muni d'un clapet anti-retour 52. De préférence,
le venturi 50 est réglable. Ce montage peut aussi être implanté
dans le puits, avant la bifurcation, à une profondeur
déterminée en fonction des conditions hydrauliques optimales et
notamment sous le joint 26 si l'on souhaite économiser une tête
de puits double et un tubage dans la partie supérieure. Dans ce
cas, ce montage peut être mis en place ou remplacé par une
intervention légère, par exemple à l'aide d'un câble.
L'écoulement de la seconde fraction dans le conduit 22'
à travers le venturi 50 crée une dépression qui renforce
l'aspiration de la première fraction s'écoulant dans le conduit
20'. Pour cette raison d'une part, et parce qu'il réduit la
pression au fond du puits, le pompage, ou autre méthode
3o d'écoulement de la seconde fraction dans le conduit 22', sert à
augmenter la capacité d'écoulement de la première fraction dans
le conduit 20'. Ainsi, il est possible de contrôler le débit
d'écoulement dans le premier conduit par exemple en faisant
varier le débit d'écoulement dans le tubage 22.
Selon un autre aspect de l'invention, le volume à
l'extérieur des tubages 20,22 dans le cuvelage 18 entre le
joint 26 et la tête de puits 24 constitue une chambre 51 qui
est emplie d'un produit chimiquement inerte qui, dans un mode
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de réalisation préféré, est un gel bon isolant thermique,
destiné à réduire la convection thermique dans la chambre 51.
Ainsi, le câble électrique 36 et les lignes hydrauliques (non
représentées) menant aux vannes de sécurité 28,29 s'étendent
dans un milieu non corrosif, ce qui prolonge considérablement
leur durée de vie. Seule la dernière section du câble
électrique, s'étendant entre le joint 26 et le moteur 34, se
trouve dans un milieu corrosif. Compte tenu de sa faible
longueur, cette section peut être protégée par des moyens
protecteurs plus onéreux, par exemple en le disposant dans une
gaine métallique renforcée ou blindée.
Les tubages 20 et 22 sont reliés l'un à l'autre en
amont des vannes de sécurité 28,29 en un ou plusieurs points
par des conduits hydrauliques, représentés schématiquement en
54, muni d'une vanne de contrôle (non représentée) qui peut
être interchangée au câble depuis la surface. Ces conduits
hydrauliques peuvent avantageusement être incorporés dans un
joint 46 solidarisant mécaniquement les deux tubages.
L'installation dans le puits 10 des deux tubages 20 et
22 offre également la possibilité d'assister l'écoulement des
hydrocarbures par injection de gaz vers le fond du puits afin
d'alléger la colonne d'hydrocarbures. De préférence, cette
injection de gaz, plus communément appelée "gas-lift",
s'effectue par le tubage 22 de plus faible diamètre afin de
faire écouler les hydrocarbures par le tubage 20 de diamètre
plus important. I1 est également possible d'injecter le gaz du
tubage 20 vers le tubage 22 dans le but de soulager la pompe en
fonctionnement.
Les deux techniques peuvent être utilisées
simultanément.
Ces deux possibilités de "gas-lift" constituent aussi
d'éventuels recours, ou systèmes d'activation relais, évitant
des pertes de production importante si un délai est nécessaire
pour remplacer la pompe quand celle-ci est en panne, ou bien si
l'effluent en provenance de la roche change de caractéristique
(plus de gaz ou plus d'eau) rend inadapté la pompe en place.
L'installation, selon l'invention, permet de nombreuses
opérations ponctuelles simultanées au pompage, en accédant au
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fond du puits à l'aide d'appareils pendus au câble telles que
mesures de paramètres de fond, par exemple, débit, température
ou pressions.
L'installation permet également de faire des
perforations tout en dépressurisant le fond de puits avec la
pompe, ce qui a l'avantage de favoriser l'évacuation des débris
de tirs et donc d'améliorer la perméabilité des trous ainsi
effectuée dans le cuvelage. Le canon de perforation est
descendu au câble par le deuxième tubage.
