Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 022~0101 1998-09-28
~VO 98/32950 PCTAFR98/00156
PROCEDE DE POMPAGE D'UN FLUIDE
La présente invention se rapporte à un procédé de
pompage d'un fluide et, plus particulièrement à un procédé
de pompage ou de relevage d'hydrocarbures provenant d'un
puits pétrolier.
La présente invention se rapporte également à une
installation de pompage d'un liquide provenant d'une source
souterraine.
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 et du poids des effluents, soit à
une trop faible pression naturelle au fond du puits, en
regard des facteurs qui s'opposent à leur élévation vers la
surface. Afin de permettre la mise en production du puits à
une échelle commerciale il convient d'utiliser un système
d'élévation artificielle de l'effluent, ou système
d'activation du puits. Par exemple, on peut monter une pompe
à l'extrémité inférieure d'un tube de production situé dans
le puits, ou on peut prévoir une installation d'injection de
gaz au fond du puits. Ce dernier type d'installation plus
communément appelée "gas lift", sert à alléger la colonne
d'hydrocarbures située dans le puits afin de faciliter sa
remontée vers la surface.
Cependant, l'utilisation d'une pompe en fond de
puits, endroit où les températures et pressions sont très
élevées et où le milieu environnant peut être très corrosif,
peut provoquer des pannes ou des dysfonctionnements de
l'équipement d'activation qui, compte tenu de sa situation
dans le puits, nécessitent des interventions longues et
coûteuses. De plus, pendant ces interventions la production
du puits est arrêtée, ce qui entraîne des pertes financières
additionnelles. Une installation d'injection de gaz en fond
de puits est plus fiable que l'installation précédente, mais
présente l'inconvénient de nécessiter une source de gaz sous
CA 022~0101 1998-09-28
W098/32950 PCT~R98/001~6
pression, par exemple un compresseur avec ses tuyauteries
associées, sur un chantier isolé.
Un autre système d'assistance consiste en le pompage
des hydrocarbures effectué à partir de la surface. Le
document EP-A-579497 décrit une méthode de pompage de
liquide, provenant d'une extrémité d'un puits, vers une
sortie à l'extrémité opposée du puits, dans laquelle on
règle la pression de gaz dans une ou plusieurs chambres afin
qu'elles s'emplissent de liquide. Ensuite, une pression de
gaz supérieure est appliquée à chaque chambre afin de
déplacer le liquide et de l'envoyer vers la sortie. Chaque
chambre est munie de vannes d'entrée et de sortie commandées
à partir de détecteurs de niveau afin de contrôler le sens
d'écoulement du liquide. Selon ce document, les chambres
peuvent soit etre superposées les unes sur les autres à
l'intérieur du puits, soit être disposées côte à côte en un
point avoisinant la sortie du puits.
Le positionnement des chambres de manière superposée
dans le puits présente des avantages en ce qu'il permet
d'avoir une installation moins encombrante et un rendement
énergétique optimisé. En revanche ce type d'installation
présente des inconvénients puisque la superposition des
chambres, chacune étant munie de divers vannes et de
détecteurs de niveaux, nécessite de retirer du puits une ou
plusieurs chambres lorsqu'il y a une panne ou une
défaillance dans une des chambres inférieures. De plus,
l'utilisation de plusieurs chambres, chacune équipée de
vannes et de détecteurs de niveaux, rend difficiles les
prévisions de maintenance de l'installation.
Le document US-A-1,499,509 décrit un procédé de
pompage d'un effluent, provenant d'un puits pétrolier
faiblement éruptif. Selon ce procédé, l'effluent remplit un
espace annulaire défini entre la paroi du puits et un tubage
de production qui s'étend du fond du puits jusqu'à la
surface. Une fois l'espace annulaire rempli d'effluent, du
gaz sous pression est envoyé de la surface dans l'extrémité
supérieure de cet espace, ce qui provoque le déplacement de
,
CA 022~0101 1998-09-28
W098l329S0 PCT~8/00156
l'effluent et sa remontée jusqu~à la surface par l'intérieur
du tubage.
Ce procédé présente des inconvénients en ce qu'il
nécessite d'importantes installations de compression,
traitement et transport de gaz. De plus, l'énergie de
pompage est, en grande partie, dissipée en chaleur, ce qui a
pour résultat de réduire sensiblement le rendement du
procédé.
La présente invention a donc, pour objet un procédé
de pompage d'un fluide, provenant d'une source à une
extrémité d'un puits, vers une sortie, qui est simple,
fiable et permet d'utiliser une installation située à la
surface qui est peu encombrante.
Pour ce faire l'invention propose un procédé de
pompage d'un effluent fluide, provenant d'une source (14)
adjacente à un puits (10), vers une sortie (24), le puits
comprenant une chambre (32) s'étendant substantiellement sur
toute la longueur du puits, et un tubage (18) traversant la
chambre et communiquant, à une extrémité, avec celle-ci et,
en un point intermédiaire sur sa longueur, avec la source
(14), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes
suivantes :
- emplir, ~usqu'à une hauteur prédéterminée,
l'extrémité inférieure de la chambre et du tubage avec un
premier liquide de densité supérieure à celle de
l'effluent ;
- emplir la chambre, entre la hauteur prédéterminée
et la sortie, avec un deuxième liquide de densité inférieure
à celle du premier liquide, et
- injecter une quantité additionnelle du deuxième
liquide dans la chambre afin de déplacer le premier liquide
ainsi que l'effluent, afin de remonter l'effluent vers la
sortie.
La présente invention présente l'avantage de faire
appel à une installation, dont l'organe de puissance est
situé à la surface, rendant ainsi sa maintenance très facile
et peu fréquente, et qui est efficace et fiable.
CA 022~0101 1998-09-28
.W098/329S0 PCT~R98/00156
La présente invention a également pour objet une
installation de pompage permettant la mise en oeuvre du
procédé de pompage.
Pour ce faire, l'invention propose une installation
de pompage d'un effluent fluide provenant d'une source
souterraine (14) comprenant un puits (10) s'étendant de la
surface (12) à travers la source et comportant une chambre
(32) s'étendant sur toute sa longueur, un tubage (18)
disposé dans la chambre et communiquant avec celle-ci à son
extrémité inférieure, et, en un point intermédiaire sur sa
longueur, avec la source (14), caractérisée en ce que la
chambre (32) et le tubage (18) sont adaptés à être emplis,
jusqu'à une hauteur prédéterminée avec un premier liquide,
de densité supérieure à celle de l'effluent, l'installation
comprenant, de plus, un ensemble de vannes (38) destinée à
mettre la chambre (32) sélectivement en communication avec
une source sous pression d'un deuxième liquide de densité
inférieure à celle du premier liquide, et un réservoir basse
pression pour ce premier liquide.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-
sente invention ressortiront à la lecture de la description
suivante, donnée à titre explicatif mais non limitatlf,
faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un puits
selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et
- la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un deuxième
mode de réalisation.
Sur la figure 1, un puits représenté généralement
en 10, qui, dans l'exemple illustré, est un puits pétrolier,
s'étend de la surface 12 du sol à travers une couche de
roche pétrolifère 14. L'extrémité inférieure 15 du puits se
situe à environ X m en dessous de la couche de roche 14.Le
puits 10 est muni d'un cuvelage 16, s'étendant le long du
puits, et d'un tubage de production 18 s'étendant de la
surface 12 jusqu'à l'extrémité inférieure 15 du puits. Le
tubage 18 comporte, en un point situé à environ 100 m de la
surface 12, une vanne de sécurité 20. A son extrémité
supérieure le tubage 18 comporte un ensemble de vannes de
,
CA 022~0l0l l998-09-28
W098/32950 PCT~R98100156
production 22, OU "arbre de Noël" destiné à contrôler le
débit de production du puits. Cet ensemble de vannes
communique avec un conduit de production 24 formant la
sortie du puits.
Le puits 10 et le tubage 18 Sl étendent au-delà de la
couche de roche pétrolifère 14, le tubage 18 s'ouvrant vers
celle-ci par un conduit 26 muni d'un clapet anti-retour 28.
L'extrémité supérieure du puits 10 est fermée par un joint
30 de suspension du tubage ou ~ tubing hanger ~. L'espace
annulaire 32 défini entre le cuvelage 16 et le tubage 18 pet
être sélectivement mis en communication avec une source de
liquide à haute pression 34 et un réservoir de liquide à
basse pression 36 par un ensemble de vannes de commande 38,
des vannes de sécurité 40 et un conduit 42 qui traverse le
joint 30. Une vanne 44 de sécurité peut avantageusement être
montée à l'extrémité du conduit 42. Un clapet anti-retour
46, disposé dans le tubage 18 en un point immédiatement au-
dessus du conduit 26, permet l'écoulement de fluide dans le
tubage uniquement du fond vers la surface.
Le gisement de la couche 14 est faiblement éruptif,
c'est-à-dire que la pression exercée par le gisement permet
de remonter l'effluent jusqu'à un niveau intermédiaire N
dans le puits. Afin de remonter l'effluent du niveau N
jusqu'à la surface, on met en oeuvre le procédé de pompage
selon l'invention.
Ce procédé consiste à disposer un premier liquide,
de densité importante, à l'extrémité inférieure du puits
afin qu'il remplisse l'espace annulaire, et l'extrémité
inférieure du tubage 18, jusqu'à un niveau A. Puis, le
volume libre de l'espace annulaire 32 est entièrement rempli
d'un second liquide provenant de la source à haute pression
34 et de densité inférieure à celle du premier liquide. La
pression exercée par le second liquide fait baisser le
niveau du premier liquide, dans l'espace annulaire 32 du
niveau A à un niveau inférieur B, ce qui a pour résultat que
le niveau du premier liquide dans le tubage 18 remonte du
niveau A à un niveau supérieur C. L'intérieur du tubage 18
CA 022~0101 1998-09-28
-W O 98/32950 PCT~FR98/00156
entre le niveau C et le niveau N contient de l'effluent
provenant de la couche de roche 14.
Ensuite, afin de déplacer l'effluent dans le tubage
18 vers la surface, un volume additionnel du second liquide
est envoyé dans l'espace annulaire, ce qui a pour résultat
de faire baisser le niveau du premier liquide d'une distance
d du niveau B jusqu'à un niveau inférieur E. Ce niveau
inférieur se trouve légèrement au-dessus de l'extrémité
ouverte du tubage 18. Le niveau du premier liquide remonte,
d'une distance h, jusqu'à un niveau maximum G, juste en
dessous du conduit 26. Puis, afin de compléter un cycle de
pompage, la vanne de commande 38 est actionnée pour mettre
l~espace annulaire 32 en communication avec le réservoir
basse pression 36. La pression statique exercée, par la
colonne du premier liquide dans le tubage 18, sur le
deuxième liquide refoule celui-ci vers le réservoir basse
pression 36, les liquides tendant à retrouver leurs niveaux
de départ B et C. L'effluent, qui a été remonté dans le
tubage vers la surface n'a pas la possibilité de retomber du
fait de l'action du clapet anti-retour 46. Lorsque le
premier liquide, dans le tubage, retombe de son niveau
maximum G vers son niveau C, il crée une dépression dans le
tubage 18, en dessous du clapet anti-retour 46, ce qui tend
à augmenter la vitesse d'écoulement de l'effluent de la
roche 14 vers l'intérieur du tubage 18.
Une fois que les liquides ont retrouvé leurs niveaux
de départ B et C, et que le tubage en dessous du clapet
anti-retour 46 est rempli d'effluent, le cycle de pompage
peut recommencer, simplement en inversant la position de la
vanne de commande 38 afin de remettre l'espace annulaire 32
en communication avec la source haute pression 34. A chaque
cycle de pompage l'effluent est remonté d'une hauteur h dans
le tubage 18.
L'utilisation du premier liquide de densité
importante lui permet d'agir comme un ressort de rappel pour
le deuxième liquide de densité inférieure . En retrouvant
son niveau de départ à la fin d'un cycle, le premier liquide
refoule le deuxième liquide vers le réservoir basse pression
CA 022~0101 1998-09-28
W098/32950 PCT~R98/00156
et permet l'entrée d'une nouvelle quantité d'effluent dans
le tubage. L'augmentation des dimensions du compresseur,
destiné à alimenter la source haute pression du deuxième
liquide, qui est nécessitée par la charge additionnelle du
premier liquide, est faible. La taille de ce compresseur
étant néanmoins inférieure à celui qui est nécessaire pour
un procédé de pompage par un gaz, tel que décrit dans le
document US-A-1,499,509.
Sur la figure 2 est représenté un deuxième mode de
réalisation qui diffère de celui de la figure 1 en ce qu'il
comporte un premier, 16, et un deuxième cuvelages 50 qui
définissent entre eux une chambre annulaire 52, délimitée
par deux joints annulaires 54 et 56. La chambre annulaire
s'ouvre vers la couche de roche pétrolifère 14 et
communique, par un conduit 58, muni d'un clapet anti-retour
60, avec ùne chambre 62 disposée à l'extérieur du tubage 18.
Le tubage 18 comporte deux ouvertures 64 vers la chambre 62,
et, de plus, il est muni d'un clapet anti-retour 66 en un
point immédiatement au-dessus de la chambre 62. Le procédé
de pompage utilisant ce mode de réalisation est sensiblement
analogue à celui mis en oeuvre dans l'installation de la
figure 1.
~X~LE C~l~f;R~
Comme le procédé de pompage selon l'invention
utilise des liquides en tant que moyen de pompage, la perte
d'énergie de pompage dans des phénomènes thermodynamiques
est considérablement réduite. De plus, l'utilisation du
premier liquide de densité importante, qui a tendance à
retrouver son niveau de départ en refoulant le deuxième
liquide de pompage vers son réservoir, réduit davantage la
consommation d'énergie du procédé.
, . . ~
