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CA 02163711 2003-06-12
MÉTHODE ET SYSTÉME DE POMPAGE COMPORTANT UNE POMPE
VOLUMéTRIQUE ENTRA¿NÉE PAR UN TUBE CONTINU - APPLICATION
AUX PUITS DÉVIÉS
La préserate ~.nver.~2~i.orr c".;onc~e:~rne:~ ur°ne méthode et un
système de production G.~ ° rvvy~~~rç:m°;ax,brarc-~ par pompage,
particulièrement. adaptés à c~.e~~ ~~iserrrf.:~.ts c:z'hu::i_le v_:.squeuse.
On corzna.'ï:t _1e do~~;utx~e~r~t' liF~w_ 2E~:!~2~320 quï c~ëcrït un
dispositif de p<~mpage pour Les f~:lLri.des visqueux comportant
l' injection d' un produït ~:luï~.i ~:i.arnt en amont de
l'aspiration de la pompe, au iu.~rea~ des orifices de
séparation entre 1 ' huile et. le gaz , ~"e dispositif présente
notamment l' inconv,rênierm:: de. rréc::essiter une coopération
supplémentaire por.rr la rraise en pla~L~e d' une conduite
spéciale pour l'injection du produit. f7e plus, la pompe
doit avoïr la capa<~ité d°opéx°er le ~éb:it: d'huile produite
par la formation majoré du dêbit du ~?roduit fl~.zidifiant
inj ectê .
Ainsi, la présentEa invention concerne une. méthode
de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une
formation géologique, dans laquelle cLe~ moyens de pompage
comportant un roto:r° et. un stat:or.. sont: placés à 1a partie
basse d'une colonne immergée dans ledit <__=f_fluent,
caractérisée en ce ~~~u' e=ï_le c;ompc>rt.e Les ~ât:.apes suivantes
- sur urw extrérni_të u' ~..xrt t.ubEx sont i.nu Enroulé
smr un tambour,, on fixe :Ladi.t: x:~~st:c~,r,
- on des~~end ledi t:.. r ::~t~:~r dan.s l' espace :i.ntérieur
de ladite colonnes t=n déaroul.ant: le:c~it. t-~,.rbr: ~~u tarr~bour,
- on plan:~e l.ed;zt ~_ ~~tkc~x::w ~~t.ir r~.a 7. E ;~t~.ator, e
- on ent»~aîr'~e. err x:w~t:Çrt,.~_~:ai.°~ :LecCit: tube de façon â
ac.t:iver la pompe .
CA 02163711 2003-06-12
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Selon un mode de rëalisatioru préférent~.ielle de
1 ' invention, la méthode ~.~orrrpxv~~ud ux~~~ ~wtt,~pe= ~aû 1 "on f ixe des
moyens de diffusi.oio. entra 1;'.°. t:°wt-~or Fv~t. ïc~:d:i.t~
t~.zbe cc:mti.nu.
On peut régler i..a po~7itïon du t.~~be par rapport à
ladite colonne en agissant. sur des moyeras de i_iaison du
tube.
On peut ..n j ect.er ~.irl f:Luide par led:it~ tube .
Au moins une ~>axv: i~; d~:r a_ ' F:::f E:l_trEarnt,
pe2.it: remonter
par le canal int:r~.eur c~im t~_z~:aex .
Les moyens de pompante peuvent tre descendus dans
le puits par deux tubes cor~centr iques e nrouls sux~ un mme
tambour, lesdits tubes c<~.rrcent:x~iques constituant ladite
colonne et ledit. tube c:oratir~~a .
L' invention cc~nce:r~ne auss:_ sarz ;ystme ciE., pompage
d'un effluent produit ~>a:~~ t,~xr ,~;~uit,..sdans une formation
for
gologique, dans lequel des moyens de pompage
comportant un
rotor et un stator sont:. places la partie basse d'une
colonne immerge dans l.ed:i t ef f luesut caractris en ce
,
qu' il comporte un tube contirm:~ acir:~p~~:~~t:rwe ~=n:rou::l.
sur un
tambour, ledit tube tant dr~zm:1 ' e:5r.:a~~c:ei.r~tr:ieur n:~.e
ladite
colonne et sol.id.aize di.a. rotc~x..
Selon un mode de ralisai-.:c..on prfrentielle, le
systme selon l'invention comprend des moyens de diffusion
fixs l'extrmit dudit :ube, les n yaverls de cffusion
tant di.~poss entzk, 1e x:otc:~xw ~,~t:. ,ube .
:l.~.ciit r~
La pr~~ser~te i.nventis.~lu ~~r~_:~e~ ~~~:~.ss,i
une rrc?thode de
pompage d'un effluent pz~odw:i_~: par ~aan
~;uit, s for dans une
formation gologiqi.ze, dans ~.aq.zelle des
mayens de pompage
comportant un rotor et. un. stator sont. placs 7.a partie
basse d' une colonne imv:n~c~rge dans ledt ~:ffluent,
c,~ractrse en ce qu' elle cu<>~~p~~~rt.e tr~tapes s~..~ivantes
1.~-~ , c
CA 02163711 2003-06-12
- sur urne extrémité ~' un t2abe continu enroulé
sur un tambour, oru f~_xe dE~~7 t~u:c;~yerm, c:3e diffus i.orj et. ledit
rotor,
_. on descend le sdit:s r~n0.yen,-; de diffusion et
ledit rotor dans _'~' espace intérieur de. ladite cc.flonne en
déroulant ledit tube du tambo-c.tr,
- on place l.edï~: :~:wtc,x~ dans le stàtor, et
lesdits moyens de diffusion êtax~t s~.r~.zé s dans le Joisinage
du refoulement de 1.a pompe, cet,
- on entraîne en rotatiotu l.ec~it, tube de façon â
activer la pompe.
La présente invention concerne aussi ~~ane applica-
tion de la. mét~°~ode et ~.u ;:~yst:~:me <~ ces pt~it:s t_orterr~ent
déviés.
D' autres c:aractér:i.;~~:~.dues et avantager d~.;z systême
selon l' invention apparaitront:, mieux à 1.a lectu:cve de la
description ci-aprës de m.c>c:xe.~c~e.. nêali.satïor~ décrite â
titre d'exemples nc~n limitatifs, en se référant aux dessins
annexês oü:
- la figure 1 reprsente schmatiquement un
systme de pompage selo n. l'.:i_xvv~entic~,rrx,
- la figure 2 reprsente une pompe volumtrique
quipe d' un systme de d.f i:u.:m:ic::;ri,
- la figure 3 ~repz:sente une variante du systme
de pompage comprenaz~t~ rn sy;t:me~ r~~~ r~wc~a~~ac~e,
~~
- les figure s ~A et. 4B il.l.ustrent une mf~thode
et
une variante de m~_sf_: plac~E.-~ d~z v~sr_v~=TCIf~ ciE~ pompagE~,
erg
- la figure 5 montre une ralisation des moyens
de surface permettant. L'emt;r<~.i:tzfemer7t:. er:c x~otatirm
du tube,
l' injection du fluide dans Lia t:u~:.~e e.: le retour de
la
p:r_ oduct ion .
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d: ~:,;,
Sur la figure 1., an puits .~ atteint une formation
géologique produc t;r~.c:~~= c:1' ~.~.n. f-~f f 1.~::ezut. contenant des
hydrocarbures . i.~a pression rëgnar~t dans; ~ a farma.t.ion est
trop faible pour crue L' ef I ~.z:ïeaz°zt ~ï.:~:;.;.~s~-:~ z-erncmter
jusqu' en
surf ace . La format ~..on pnoduc~t~ 2.~~..~;~e ~>_~~t: di t ce non érlsptvve
. Le
schéma de production nécessitais donc ~a ïn:~.;~e c~n oev,zvre d' un
systëme de pompage de 1'Eff::.i_zc~.rvl:.
Par ef:fl>aent, il faut comprendre l'ensemble des
fluides présents dans le:~ ~.~ui~t;:~:; i.. Dans 1e cas oû
l'hydrocarbure, contenu dans ladite formation, est
visqueux, on peut injecter de la ~~ç.~.peï..a.r d'eau, cru autres
fluides, pour fluidifier l'hydrocark;ure afin de favoriser
son écoulement. Lo:>v°sque l':iznjö~ct.-.:ic~ru ~~~~~ ï':luide
f:Lr.zidifiant
se trouve en amont de l'admissian de la pompe, l'effluent à
dë lacer
P - _._. -__.e.__..._.._._..._.....W.__.._.._._.._....______.~._~..____
~1~~'~1~
'' 3
par pompage est en quantité assez importante, relativement au volume
d'hydrocarbure produit par
la formation. Ce grand volume d'effluent impose alors une capacité de pompage
supérieure à celle
qui serait nécessaire pour traiter le volume de l'hydrocarbure seul. I1 est
donc préférable d'injecter
le fluide fluidifiant en aval du refoulement de la pompe afin que la
fluidification abaisse les pertes
de charge de circulation de l'effluent dans le conduit de production remontant
jusqu'à la surface,
sans avoir à augmenter la capacité de pompage de la pompe. Dans la plupart des
puits en pompage,
ce sont les pertes de charge en aval de la pompe qui sont pénalisantes pour la
détermination des
conditions de pompage.
Le puits 1 est équipé d'une de colonne tubulaire 2, dont l'extrémité
inférieure plonge dans
l'effluent. L'espace annulaire, défini entre le puits I et l'extérieur de la
colonne 2, peut être obturé
ou non par un système d'étanchéité du type packer (non représenté ici). La
colonne 2, en général
dénommée "colonne de production", a pour rôle principal de canaliser la
production du fond vers
la surface du sol par le moyen de son conduit intérieur.
Un système de pompage 3 est positionné sensiblement à l'extrémité de la
colonne 2 par le
moyen d'un siège ou raccord 4. Le raccord 4 a au moins pour fonction de fixer
longitudinalement
et en rotation le stator de la pompe 6 par rapport à la colonne 2. De
préférence, ce raccord 4 est
étanche entre le corps de la pompe 6 et la colonne 2. Une ouverture 5 permet
l'admission de
l'effluent dans le corps de la pompe 6.
Une ouverture 7 permet la sortie de l'effluent refoulé dans l'espace intérieur
8 de la
colonne 2. Les flèches 9, 10 et 11 indiquent le trajet de l'effluent.
Un tube continu 12 est lié au rotor du corps de la pompe par son extrémité
inférieure,
l'extrémité supérieure située à la surface du sol coopère avec des moyens 14
qui sont détaillés sur
la figure 5.
Le système de pompage 3 est préférentiellement mis en place sur le siège ou
raccord 4 à la
surface du sol, avant la descente de la colonne 2 dans le puits 1. La remontée
du système
s'effectuant par une opération inverse.
L'espace intérieur du tube 12 permet l'injection d'un fluide suivant le trajet
des flèches I5.
L'entraînement en rotation du tube 12 provoque la rotation du rotor (non
représenté sur
cette figure) du corps de la pompe 6.
Le fait que le tube 12 intérieur à la colonne 2 est continu, c'est à dire sans
raccord
intermédiaire, procure plusieurs avantages, notamment
- les pertes de charge du fluide en circulation dans l'espace annulaire 8 ne
sont pas
majorées par la présence d'un nombre important de rétrécissement de la section
dû aux raccords
des tiges de pompage ou des tubings conventionnellement utilisés pour cet
usage,
- lorsque le tube 12 est mis en rotation, il se déforme élastiquement en
torsion; à l'arrêt de
la rotation, ou dans le cas de diminution importante du couple résistant, le
tube tend à reprendre sa
position de repos en effectuant une rotation en sens inverse. Dans le cas
connu où le rotor de la
r ~16~'~1
4
pompe est entraîné par une garniture de tubes ou de tiges vissés, ceux-ci
peuvent se dévisser
partiellement ou totalement. Ce problème est bien connu dans la profession et
est devenu très
gênant surtout dans le cas de pompage dans des puits fortement déviés ou
présentant des
frottements important de la garniture rotative dans la colonne de production.
L'utilisation d'un tube
continu comme dans la présente invention résout ce problème.
- la manutention du rotor se fait rapidement sans avoir à visser des longueurs
de tubes ou
tiges bout à bout.
- le tube continu permet l'injection d'un fluide au dessus du rotor,
- dans le cas où on n'injecte pas de fluide par le canal du tube continu, son
espace
intérieur peut être utilisé pour la remontée de l'effluent refoulé par la
pompe en supplément de
l'espace annulaire 8. Les pertes de charge sont ainsi diminuées.
La figure 2 montre le système de pompage 3 fixé au bout de la colonne 2 et
centré dans le
puits 1 par des centreurs 31. Le tube continu 12 comporte à son extrémité des
moyens de diffusion
23 intercalés entre le tube continu 12 et le rotor 24. Les moyens de diffusion
23 comportent une
série d'orifices 25 par lesquels diffuse le fluide injecté par le moyen du
canal intérieur 26 du tube
12. A la partie inférieure du stator 27, l'effluent produit par la formation
pénètre dans l'admission
de la pompe par des orifices 30 en communication avec le conduit d'admission
29 en prolongation
avec le corps de pompe.
La figure 3 montre une variante de réalisation du système de pompage selon
l'invention.
La colonne 2 comporte un raccord 20 vissé au-dessus d'un dispositif
d'admission 21 de l'effluent,
le dispositif pouvant être un séparateur statique liquide/gaz, par exemple
celui décrit dans le brevet
FR-2656652. Dans le cas de présence de gaz libre dans l'effluent, l'espace
annulaire entre la
colonne 2 et le puits 1 est utilisé pour canaliser le gaz 22 jusqu'en surface.
Le tube 12 comporte à son extrémité des moyens de diffusion 23 intercalés
entre le tube
continu 12 et le rotor 24. Les moyens de diffusion 23 comportent une série
d'orifices 25 par
lesquels diffuse le fluide injecté par le moyen du canal intérieur 26 du tube
12. A la partie inférieure
du stator 27, l'effluent produit pénètre dans l'admission de la pompe par des
orifices 28 situés à la
base du système de séparation 21.
Les figures 4A et 4B montrent une méthode et une variante de mise en place du
système
de production selon l'invention.
La figure 4A montre un système de pompage 3 descendu dans un puits 1 au bout
d'une
colonne 2. La colonne 2 est accrochée en surface sur des moyens de tête de
puits 35 par des
suspensions 36. La colonne 2 est ici préférentiellement constituée par des
éléments tubulaires
~16371~
assemblés par vissage, par exemple des tubes dits "tubing" selon les normes de
l'American
Petroleum Institute".
Le tube continu 12 du type "coil tubing" est enroulé sur le tambour 33 d'un
touret 32. Des
moyens de manutention 34, du type à chaînes, permet l'injection du tube 12
dans l'espace intérieur
de la colonne 2 ou son retrait. A l'extrémité du tube continu 12, on a fixé
des moyens de diffusion
d'un produit pouvant être injecté par le canal du tube 12. Le rotor de la
pompe est fixé au bout de
ces moyens de diffusion.
La descente du rotor se fait d'une manière continue par le déroulement du tube
à partir du
tambour 33 et sous l'action des moyens de manutention 34. Une fois le rotor 24
introduit dans le
stator de la pompe 3, le tube 12 est coupé de façon à que son extrémité
supérieure émerge de la tête
de puits. Des installations de suspension, de motorisation et d'injection sont
disposées sur
l'extrémité du tube 12, par exemple selon la figure 5
Le tube continu peut être un "coil tubing" de dimension nominale 1 1/2" (3,81
cm de
diamètre extérieur). Un tel tube a une résistance à la torsion au moins
éqülvalente au couple de
vissage des tiges de pompage conventionnelles (1 1/8" sucker rod) et
supérieure au couple de
vissage de tubings de dimension nominale 1.66" selon la norme API.
La variante illustrée par la figure 4B montre que le système de pompage 3 est
descendu
dans le puits 1 par un ensemble de deux "coil tubing" concentriques
constituant la colonne 2 et le
tube 12. La système de pompage 3 est fixé sur le tube continu extérieur 2, et
le rotor sur le tube
continu intérieur 12. La descente du système de pompage se fait d'une manière
continue par le
déroulement du tube à partir du tambour 37 et sous l'action des moyens de
manutention 38.
Lorsque le système de pompage est positionné à la profondeur déterminée, le
tube 2 est suspendu
et fixé sur la tête de puits 35, puis le tube 12 est coupé de façon à que son
extrémité supérieure
émerge de la tête de puits. Des installations de suspension, de motorisation
et d'injection sont
disposées sur l'extrémité du tube 12, par exemple selon la figure 5.
La figure 5 montre les installations de surface qui coiffent le puits 1.
L'élément de base de
la tête de puits 35 est fixé sur la colonne de surface du puits 1. La colonne
2 est suspendue dans
l'élément de base par des coins ou tout autre système équivalent connu dans la
profession. La
vanne 39 communique avec l'annulaire défini par l'extérieur de la colonne 2 et
le puits 1.
L'élément 40 assemblé sur l'élément de base, comporte un passage central en
communication avec
l'espace intérieur de la colonne 2. Le tube 12 se trouve dans ledit passage
central. L'élément 40
comporte des moyens 41 d'étanchéité entre le tube 12 et ledit passage, de
façon à ce yue l'effluent
~16~'~11
6
qui remonte du fond du puits par l'espace annulaire entre la colonne 2 et
l'extérieur du tube 12 soit
canalisé vers la conduite 48 sur laquelle est fixée la vanne 47 de sécurité.
Les moyens d'étanchéité
41 sont du type presse-étoupe sur un élément tournant. Une butée rotative 42
sur laquelle s'appuie
un épaulement 49 solidaire du tube 12, supporte (e poids du tube entraîné en
rotation par des
moyens mécaniques 43 et un moteur 44. Un raccord tournant 45 est fixé sur
l'extrémité du tube 12
de façon à permettre l'injection d'un fluide dans le tube 12 par la conduite
46 qui communique avec
des moyens d'injection (non représentés).
Pour permettre le réglage en position longitudinale du tube 12 par rapport à
la position du
stator de la pompe, l'épaulement 49 peut être constitué par un collier en deux
parties serré autour
du tube.
La présente invention concerne également le cas où l'injection du produit
fluidifiant en
aval de la pompe peut être intermittente ou même supprimée. Dans ce cas,
l'effluent refoulé pourra
remonter également dans le tube 12, les conduites 46 et 48 seront alors en
jonction.
La présente invention concerne également un tube continu 12, éventuellement
une colonne
continue 2, en matériau composite, par exemple en fibres de renfort enrobées
dans une matrice en
résine.
