Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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DISPOSITIF D'EVACUATION DE LIQUIDES ACCUMULES DANS UN PUITS
La présente invention concerne le domaine de l'extraction de liquides présents
dans un puits de forage. En particulier, la présente invention s'applique
notamment
au dispositif d'accumulation permettant une extraction de liquides dans des
puits de
forage pour la production de gaz, d'huiles ou de pétrole à partir de
ressources non
conventionnelles ou encore à partir de puits en fin de vie.
Les ressources non conventionnelles sont des ressources dont l'exploitation
requière un niveau de la technologie ou d'investissement plus élevé que la
moyenne.
Les trois plus grands types de ressources gazières non conventionnelles sont
les
sables compacts (ou tight sands en anglais), le méthane de houille et les
gaz de
schistes.
Bien que ces ressources de gaz naturel aient été historiquement négligées aux
profits des réserves conventionnelles, l'intérêt pour les ressources non
conventionnelles s'est accru durant les dernières années.
Néanmoins, dans le cadre des puits réalisés pour l'exploitation de ces
ressources
non conventionnelles et/ou dans le cadre des puits de forages non verticaux,
l'infiltration et la stagnation de fluides liquides peut poser des problèmes.
En effet, la
présence de ces liquides diminue fortement les rendements de ces puits.
Ainsi, il existe un besoin pour évacuer ces liquides.
Les méthodes permettant l'évacuation de fluides (eau, pétrole ou mélange des
deux) depuis le fond d'un puits sont désignées par le terme générique
artificial
lift . Toutes ces méthodes reposent sur le même principe : si l'énergie
contenue
dans le réservoir est insuffisante pour permettre de remonter les fluides sans
assistance, alors il est utile d'abaisser artificiellement la pression
hydrostatique ou de
diminuer le diamètre interne du puits.
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On recense parmi ces méthodes :
1) La méthode dite de gas lift : du gaz est injecté en continu dans la
colonne hydrostatique, cela allège la colonne et permet la remontée des
fluides. Il est utile d'avoir du gaz à disposition en surface, et des
compresseurs. Quand la proportion huile / eau varie dans le temps et que la
pression réservoir continue de baisser, alors le point d'injection du gaz doit
être modifié plusieurs fois au moyen d'opérations de service de puits ( well
servicing en anglais). La méthode de gas lift peut être déployée dans
un grand nombre de situations (ex. avec un débit de 4,800 m3/jour ou avec
une profondeur de forage de 4,600 m).
2) Les méthodes utilisant des pompes ESP (pour Electric Submersible
Pump en anglais) : ces pompes ESP sont positionnées au fond du puits, au
sein du liquide à pomper. Elles créent une dépression dans le puits et un
effet de succion. Ces pompes nécessitent des équipements lourds à mettre
en place et coûteux, et doivent être alimentées en énergie électrique depuis
la surface. Les débits possibles peuvent être variés (ex. d'une dizaine de
mètres cube par jour à une dizaine de milliers de mètres cube par jour).
Néanmoins, ces pompes peuvent être désamorcées si du gaz entre dans le
système (i.e. gas lock en anglais) et dès lors, l'évacuation du liquide
sera
compromise. Ces pompes sont très sensibles à l'érosion et ne fonctionnent
pas bien si un fluide gazeux est présent dans le fluide liquide, provoquant,
par exemple, de la cavitation.
3) Les méthodes utilisant des pompes POP (pour Progressive Cavity
Pumps en anglais) : ces pompes consistent en un stator et un rotor. Ces
pompes sont positionnées au fond du puits, au sein du liquide à pomper et
doivent être alimentées en énergie électrique depuis la surface. Si ces
méthodes peuvent être flexibles, ces méthodes ne permettent pas d'atteindre
tous les débits possibles (jusqu'à 600m3/jour). De plus, les profondeurs
d'installation sont limitées (environ 1,800 m). Ces pompes sont très
résistantes à l'érosion et à la présence de solides, mais certains composés
aromatiques contenus dans les hydrocarbures peuvent endommager
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l'élastomère du stator. De plus, ces pompes ont des difficultés de
fonctionnement en condition d'écoulement polyphasique.
4) Les méthodes utilisant des pompes beam pumps . Ces pompes beam
pumps sont des pompes de surface qui remontent les fluides dans un
barillet depuis le fond du puits. Limité aux puits de faible débit (5 à 40
litres à
chaque mouvement), et peut se retrouver bloqué par le phénomène de gas
lock (si du gaz entre dans le système, peu ou aucun liquide ne peut être
remonté, car le gaz est compressible, à la différence du liquide). Une énergie
est requise en surface pour opérer la pompe. De plus, ces pompes ont des
difficultés de fonctionnement dans les puits inclinés ou horizontaux.
5) L'injection de surfactants en fond de puits qui se mélangent aux liquides
et
forment une mousse, abaissant ainsi la pression hydrostatique.
6) L'installation dans le puits de tubes de petit diamètre (ex. velocity
string
ou capillary string en anglais) : ces tubes augmentent la vitesse du gaz
remontant vers la surface et par conséquent son pouvoir d'entrainement des
liquides. L'installation de ces tubes nécessite de repenser la conception
complète de la complétion du puits (opération potentiellement lourde). De
plus, cette installation peut ne pas être une solution pérenne, car au fur et
à
mesure de la baisse de pression du réservoir, même un petit diamètre peut
être insuffisant pour créer une vitesse suffisante pour l'évacuation des
fluides
liquides.
De telles méthodes ne sont pas exemptes de défauts comme indiqué
précédemment.
De plus, si historiquement les puits à gaz étaient majoritairement verticaux,
le
développement des ressources non conventionnelles n'a, quant à lui, été rendu
possible que par le forage de puits inclinés ou horizontaux.
Toutes les méthodes présentées précédemment, si elles sont applicables à des
puits verticaux, peuvent être difficilement applicables aux puits inclinés ou
horizontaux. En particulier, les méthodes comportant des pompes activées par
des
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tiges mises en rotation ou en traction depuis la surface peuvent être
complexes à
mettre en oeuvre dans des puits déviés.
Il y a ainsi un besoin pour une méthode d'évacuation de liquides dans des
puits,
de manière peu coûteuse, simple à mettre en oeuvre et résistante.
La présente invention vient améliorer la situation. La présente invention vise
alors
un dispositif d'évacuation de liquide apte à être positionné dans un puits
d'extraction,
le puits comportant une tête de puits et un fond de puits. Le dispositif
comprend :
- un réservoir présentant une zone d'accumulation de liquide, ledit
réservoir
étant apte à être connecté à un tube d'évacuation de gaz positionné dans le
puits d'extraction;
- un isolant apte à limiter un écoulement de fluide entre une paroi du
réservoir
et une paroi du puits, d'un premier espace formé entre l'isolant et le fond de
puits vers un deuxième espace formé entre l'isolant et la tête de puits ;
- une première ouverture réalisée sur ledit réservoir apte à permettre une
circulation d'un mélange gaz-liquide dudit premier espace vers un troisième
espace formé dans le tube d'évacuation de gaz;
- une deuxième ouverture sur ledit réservoir apte à permettre une
circulation
de fluide dudit deuxième espace vers la zone d'accumulation de liquide.
Ladite première ouverture étant réalisée entre la zone d'accumulation de
liquide et
la connexion au tube d'évacuation.
Contrairement aux dispositifs de l'état de la technique, la première ouverture
n'est
pas située au fond du réservoir (i.e. de la zone d'accumulation). Le réservoir
dans la
zone d'accumulation pouvant être étanche, sans aucune valve par exemple. En
effet,
dans l'hypothèse d'une ouverture basse au niveau du fond du réservoir, les
effluents
produits depuis la zone productrice doivent transiter au travers du fluide
accumulé
dans le réservoir installé dans le puits. Le réservoir sert alors à la fois de
zone de
transit des fluides depuis le fond jusqu'à la surface et de zone
d'accumulation. Ces
deux fonctions sont ici séparées. Les liquides qui s'accumulent dans le
réservoir ne
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constituent plus une restriction à la circulation des effluents produits.
Un tel dispositif a de nombreux avantages comme le fait de ne pas être impacté
par la trajectoire du puits ou par la présence de gaz et de liquide. Par
ailleurs, ce
dispositif permet d'abaisser la pression minimale d'exploitation du puits et
ainsi
5 retarder l'abandon du puits. Par rapport à des techniques classiques de
remontée
des effluents à l'aide d'une injection de gaz (ou gas lift en anglais) ce
dispositif
permet une réduction du gaz nécessaire pour l'évacuation des liquides grâce à,
par
exemple, un fonctionnement par intermittence et à une remontée d'un volume
important de liquides lors de chaque cycle. Il est de plus moins pénalisant
sur la
production du puits, grâce à une optimisation de la circulation et du stockage
des
fluides dans le puits et du puits vers la surface.
Le système présente une modularité permettant de s'adapter aux conditions du
puits. Dans un premier temps, le fond du réservoir (i.e. la zone la plus
proche du fond
du puits) peut être conformé pour être initialement ouvert afin de laisser le
puits
fonctionner de manière classique (mode éruptif). La fermeture du fond du
réservoir
pour un fonctionnement tel que décrit ci-après peut être envisagée lorsque
l'exploitation classique du puits ne permet plus un rendement économique
suffisant.
Le dispositif peut ainsi être utilisé de plusieurs façons et ainsi s'adapter
aux
conditions réelles du puits.
Les vannes d'injection de gaz situées dans le tube d'évacuation peuvent
également être utilisées au besoin (dégorgement du puits, aide au soulèvement
des
liquides s'ils sont produits en grande quantité, par exemple).
De même, le tube d'injection de gaz peut être installé ultérieurement.
Bien entendu, il est possible que le réservoir soit formé par un tube
similaire au
tube d'évacuation des gaz/effluents mentionné ci-avant. Ce tube similaire est
simplement fermé en son extrémité basse.
La taille du tube d'évacuation n'a pas, dans le cadre de cette invention, à
être
particulièrement réduite, par anticipation, pour avoir des vitesses
d'écoulement
permettant un bon soulèvement des liquides par le gaz. Un diamètre important
peut
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également présenter plusieurs avantages au cours de la vie du puits. Dans un
premier temps (avant utilisation du dispositif objet de cette invention), un
diamètre
important peut permettre d'éviter d'avoir une restriction importante à la
production, au
cours d'une période durant laquelle le puits est capable de produire seul).
Ensuite,
lors de l'utilisation du dispositif un diamètre important peut être plus
favorable à la
séparation entre gaz et liquides.
Le dispositif peut être agencé pour permettre la circulation d'un liquide
dudit
mélange gaz-liquide dudit troisième espace vers la zone d'accumulation de
liquide.
Ainsi, une circulation de l'intérieur du tube d'évacuation vers la zone
d'accumulation peut se faire par simple gravité.
Les effluents (mélange gaz ¨ liquide) venant de la zone productrice peuvent
entrer
dans le dispositif par la première ouverture. L'agencement du dispositif peut
faire que
les liquides dudit mélange gaz-liquide, du fait de la gravité, s'accumulent
dans le
réservoir, soit directement dès leur entrée dans le dispositif, soit après
avoir amorcé
la remontée dans le tube d'évacuation et être retombé dans le réservoir par
écoulement à contre-courant.
Cette séparation gaz ¨ liquide peut permettre une remontée facilitée du gaz
(colonne hydrostatique réduite).
Différents moyens d'améliorer cette séparation et de la réaliser de manière
localisée peuvent être ajoutés au système de base, afin d'en améliorer le
rendement
global : séparation cyclonique, orientation du jet en sortie de la première
ouverture
vers le bas, etc. sont des exemples possibles de disposition visant à
améliorer la
séparation.
Un premier tube d'injection peut être connecté à la deuxième ouverture pour
une
injection dirigée de gaz à une extrémité de la zone d'accumulation, cette
extrémité
étant opposée dans le puits à la connexion au tube d'évacuation.
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Ce premier tube peut ainsi permettre d'injecter au fond de la zone
d'accumulation
un fluide à haut débit afin de purger le réservoir de tout liquide (au moins
partiellement).
Il est également possible que ce tube soit directement connecté en surface,
sans
que ce tube n'ait une ouverture située dans le tube d'évacuation (par exemple,
dans
le cas des puits dits tubingless en anglais, c'est-à-dire sans tube
d'extraction).
Un dispositif antiretour peut être disposé si besoin dans le premier tube
d'injection.
Dans un agencement préférentiel, cette vanne peut être située au niveau de la
deuxième ouverture.
Cet agencement présente l'intérêt de maximiser le volume pouvant être utilisé
pour le stockage des liquides. En effet, une vanne située au bout du premier
tube
d'injection (donc proche du fond du puits) peut limiter le volume à
l'annulaire entre le
premier tube d'injection et la paroi du réservoir.
Afin de bénéficier de cette capacité de stockage, il peut être avantageux de
placer
un point de fuite (orifice calibré de petit diamètre) en aval de la vanne
antiretour, afin
que le gaz piégé en aval de la vanne, dans le premier tube d'injection, puisse
s'échapper lors du remplissage du réservoir et du premier tube d'injection.
Un deuxième tube d'injection peut être connecté à la première ouverture pour
une
injection dirigée du mélange gaz-liquide vers l'intérieur du tube d'évacuation
connecté.
Ce deuxième tube permet de contrôler la direction du mélange (par exemple,
vers
le haut, vers le centre de la section du tube d'évacuation) afin contrôler les
effets
aérodynamiques sur le mélange (notamment les effets permettant une séparation
améliorée du liquide et du gaz à partir de ce mélange).
Un dispositif antiretour peut être disposé sur le deuxième tube d'injection
afin de
limiter la circulation d'au moins un liquide vers le premier espace. Ce
dispositif
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antiretour peut également être disposé au niveau de la première ouverture afin
d'empêcher la circulation des effluents/liquides du réservoir vers le premier
espace.
Par ailleurs, il est possible d'installer, soit sur ce tube, soit dans le tube
d'évacuation de gaz un séparateur afin de favoriser une séparation du liquide
à partir
du mélange liquide-gaz. Ce séparateur peut être un séparateur cyclonique.
Au moins une partie du réservoir peut être extractible à travers l'intérieur
du tube
d'évacuation de gaz connecté, ladite au moins une partie extractible pouvant
comporter la première ouverture et la deuxième ouverture.
De plus, ladite au moins une partie extractible peut également comporter des
vannes antiretour, un bouchon de fond de réservoir et des tubes d'injection.
Cette partie du réservoir peut être démontable afin de faciliter la
maintenance du
dispositif. En effet, les pièces du dispositif sollicitées lors du
fonctionnement du
dispositif (et donc susceptible de tomber en panne ou de se casser) se situent
dans
une zone proche des deux ouvertures comme les valves ou les tubes d'injection
le
cas échéant.
Avantageusement, le réservoir peut comporter une sous-partie horizontale.
Comme il est détaillé ci-dessous, il peut être utile que la partie du
réservoir dans
lequel se trouve la zone d'accumulation trouve sa plus grande longueur de
manière
horizontale. En effet, cette horizontalité permet l'augmentation sensible de
la
capacité d'accumulation de la zone d'accumulation sans augmenter la hauteur
(selon
l'axe de gravité) du dispositif (c'est-à-dire sans augmenter la résistance, ou
poids
hydrostatique, que subit le gaz lors de la remontée de liquide en haut du
réservoir).
Dans un mode de réalisation, la longueur d'un fond dudit réservoir à la
première
ouverture peut être supérieure à deux fois la hauteur selon un axe de gravité
entre
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ledit fond du réservoir et la première ouverture.
Par exemple, la position de la première ouverture peut être positionnée plus
haut
(selon l'axe vertical) que le point le plus élevé du réservoir (qui peut
correspondre à
la section horizontale ou déviée du puits), afin d'assurer un bon remplissage
de cette
zone d'accumulation.
La présente invention vise également un procédé d'évacuation de liquide d'un
puits d'extraction, le puits comportant une tête de puits et un fond de puits.
Le puits comporte :
- un réservoir présentant une zone d'accumulation de liquide, et un tube
d'évacuation de gaz connecté au réservoir ;
- un isolant limitant un écoulement de fluide entre une paroi du réservoir
et
une paroi du puits, d'un premier espace formé entre l'isolant et le fond de
puits vers un deuxième espace formé entre l'isolant et la tête de puits ;
Le procédé comporte :
- mise en circulation d'un mélange gaz-liquide au travers d'une première
ouverture réalisée sur ledit réservoir, la circulation dudit mélange étant
faite
dudit premier espace vers un troisième espace formé dans le
tube d'évacuation de gaz, la première ouverture étant réalisée entre la zone
d'accumulation de liquide et la connexion au tube d'évacuation ;
- séparation, au moins partielle, d'un liquide dudit mélange dans ledit
tube
d'évacuation de gaz;
- déplacement dudit liquide séparé à l'aide d'une force gravitationnelle
vers la
zone d'accumulation de liquide ;
- injection de fluide à travers une deuxième ouverture sur ledit réservoir
dudit
deuxième espace vers la zone d'accumulation de liquide, ladite injection
étant apte à évacuer au moins une partie du liquide accumulé dans la zone
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d'accumulation via le tube d'évacuation.
L'injection de fluide à travers une deuxième ouverture peut être réalisée sur
détection d'une chute de pression ou de débit dans le tube d'évacuation de
gaz.
5
Cette chute de pression ou de débit (avantageusement mesurée au niveau de la
tête de puits) peut être détectée à l'aide d'une dérivation de la courbe de
pression ou
de débit : dans cette hypothèse, la valeur absolue de la dérivée calculée sera
supérieure à une certaine valeur.
L'arrêt de l'injection de gaz peut être décidé sur détection d'une baisse de
la
10 pression/du débit de liquides en tête de puits, par exemple. Un autre
indicateur peut
être le volume de liquide produit. Au cours de chaque cycle, il est possible
de vider la
zone d'accumulation, d'un volume fini et connu. Il est ainsi possible décider
de
stopper l'injection de gaz servant à la vidange lorsqu'un volume équivalent au
volume de la chambre est produit.
L'injection de fluide à travers une deuxième ouverture peut être réalisée sur
détection d'une pression dans le tube d'évacuation de gaz en dessous d'une
pression prédéterminée.
La pression dans le tube d'évacuation peut avantageusement être mesurée au
niveau de la tête de puits
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la
lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et
doit être lue
en regard des dessins annexés sur lesquels :
- les figures la et lb illustrent des réalisations particulières de dispositif
d'accumulation et d'extraction de liquide dans deux modes de réalisation
particulière de l'invention ;
- la figure 2 illustre différentes circulations de fluides lors du
fonctionnement
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dans une réalisation particulière de l'invention ;
- la figure 3 illustre une courbe de pression possible lors du fonctionnement
d'une réalisation particulière de l'invention.
La figure la illustre une réalisation particulière de dispositif
d'accumulation et
d'extraction de liquide dans un mode de réalisation particulière de
l'invention.
Le dispositif d'évacuation de la figure 1 est positionné dans un puits
d'extraction
112 préalablement foré. Le plus souvent, les parois de ce puits 101 sont
renforcées à
l'aide de structures métalliques ou de béton (ou casing en anglais).
Notamment pour des raisons de sécurité et/ou d'exploitation, un tube 102 (ou
tubing en anglais) est inséré dans ce puits afin de permettre l'évacuation
des
fluides de production (ex. hydrocarbure ou gaz).
Au niveau de la réserve d'hydrocarbure (formations géologiques contenant les
hydrocarbures liquides/gazeux) en sous-sol, les parois 101 du puits sont
percées/perforées (voir complétion 103) afin de laisser le fluide d'intérêt
pénétrer
dans le puits et faciliter ainsi son extraction. Il est supposé dans la suite
que ce fluide
d'intérêt est un gaz, mais ce fluide d'intérêt peut très bien s'appliquer à
d'autres
fluides, y compris liquides.
On appelle tête de puits la zone du sol au niveau de laquelle le puits a été
foré. On appelle fond de puits une extrémité basse du puits ou la partie la
plus
éloignée de la tête de puits (souvent unique, sauf en cas de bifurcation dans
le
puits).
Dans le puits 112, il est possible de connecter au tube d'évacuation 102 un
réservoir d'accumulation (104 et 105). Ce réservoir comprend une sous-partie
104
comprenant une zone d'accumulation de liquide 109. Avantageusement, cette sous-
partie 104 s'étend le long du puits jusqu'au fond du puits afin de disposer du
plus
grand volume possible au sein de la zone d'accumulation 109. Par ailleurs, les
parois
de la zone d'accumulation (ou les parois du réservoir) sont proches de la
paroi 101
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du puits. En effet, il est utile d'augmenter la vitesse d'écoulement du gaz de
production dans la zone annulaire (i.e. entre la paroi du puits et la paroi du
réservoir)
afin de favoriser l'effet d'entrainement des liquides présents en fond de
puits par le
gaz de production. Par exemple, la distance entre la paroi 101 et la paroi de
la zone
d'accumulation 104 peut correspondre à 10% du diamètre du puits.
Avantageusement, la sous-partie 105 du réservoir peut se détacher du tube
d'évacuation 102 et de la sous-partie 104 du réservoir comprenant la zone
d'accumulation 109. Ce détachement peut être effectué alors même que le
dispositif
de collecte et d'extraction de l'invention est en place dans le puits, grâce à
des outils
descendus dans le tube d'évacuation 102. Une fois détachée, cette partie peut
être
remontée, au sein du tube d'évacuation 102.
Il est possible également de fixer sur le réservoir 105 un isolant 106 (ou
packer
en anglais) permettant de limiter tout écoulement de fluide entre la paroi du
réservoir
(105 ou 104) et la paroi du puits 101.
Cette limitation d'écoulement peut être complète ou partielle (ex. présence
d'une
valve sur l'isolant).
L'isolant définit ainsi deux espaces annulaires dans le puits : un premier
espace
107 formé entre l'isolant 106 et le fond 118 de puits et un deuxième espace
108
formé entre l'isolant 106 et la tête de puits.
Dans la sous-partie extractible 105 (ou partie supérieure du réservoir), il
est
possible de prévoir une première ouverture 117a afin de permettre une
circulation du
mélange formé par le gaz de production et de liquides depuis l'espace
annulaire 107
vers l'intérieur du réservoir (105, 104) ou vers l'intérieur 110 du tube
d'évacuation
102 connecté au réservoir.
Avantageusement, il est possible de prévoir un tube 117b permettant de diriger
ce
mélange dans une direction verticale (ou vers la tête de puits). Ce tube 117b
pénétrer dans le tube d'évacuation 102 ou s'arrêter avant d'y pénétrer.
De plus, il est possible d'installer, à une extrémité du tube 117b ou au
niveau de
l'ouverture 117a, une valve 119, antiretour par exemple, afin de limiter ou
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d'empêcher le passage de liquide depuis l'intérieur du réservoir (104, 105) ou
depuis
l'intérieur du tube d'évacuation 102 vers la zone annulaire 107.
La première ouverture 117a se situe avantageusement relativement haut dans le
réservoir, mais avant l'isolant 106. En effet, sa position haute permet
d'augmenter la
capacité de la zone 109 d'accumulation. Bien entendu, si un tube 117b est
installé
sur cette ouverture, il est possible d'augmenter la capacité de stockage de la
zone
109 d'accumulation en plaçant l'extrémité haute de ce tube à une cote
supérieure à
la cote de la première ouverture. En tout état de cause, on cherche à placer
la
première ouverture 117a entre la zone d'accumulation 109 de liquide et la
connexion
au tube d'évacuation (représentée par la ligne 111).
Une deuxième ouverture 116a sur le réservoir (par exemple, dans la sous-partie
extractible 105) peut être prévue afin de permettre une injection de gaz (de
l'air, de
l'azote ou un gaz neutre vis-à-vis des hydrocarbures ou gaz présents) depuis
l'espace annulaire 108 vers le réservoir ou plus particulièrement vers la zone
109
d'accumulation de liquide.
Par ailleurs, un tube d'injection 116b peut être prévu afin d'être connecté à
cette
ouverture 116a. Ce tube 116b, peut avantageusement s'étendre jusqu'au fond du
réservoir, c'est-à-dire dans une zone proche du fond 118. Une valve antiretour
113
peut être installée à une extrémité du tube 116b ou au niveau de l'ouverture
116a ou
à tout endroit sur le tube 116b.
Avantageusement, la première ouverture 117a (respectivement la deuxième
ouverture 116a) se situe sur la partie du réservoir extractible 105.
Le tube d'évacuation 102 peut comporter sur sa paroi des valves d'injection
(114,
115) de gaz (ou gas-lift valve en anglais ou GLV ) permettant d'alléger
le cas
échéant une colonne de liquide remontant dans le tube 102.
Dans le mode de réalisation présenté, le puits 112 est un puits dévié. Bien
entendu, ce mode de réalisation fonctionne également pour un puits vertical ou
comportant une partie horizontale ou sensiblement horizontale. L'installation
d'un tel
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dispositif dans un puis comportant une zone horizontale peut permettre
d'éviter que
l'ouverture 117a se situe trop haute (sur l'axe de gravité, ou la verticale)
par rapport
au bas du puits tout en permettant à la zone d'accumulation 109 d'être
importante.
Éviter que l'ouverture 117a se situe trop haut par rapport au bas du puits
permet, en
effet, de limiter la déperdition énergétique du gaz de production (et donc sa
pression)
lors de l'entrainement du liquide dans la zone annulaire 107 : plus cette
ouverture se
situe haut par rapport au bas du puits (ou par rapport à son point le plus
bas), plus le
gaz de production devra fournir de l'énergie au liquide en suspension /
entrainé afin
de compenser l'énergie potentielle de pesanteur de celui-ci et ainsi le
faire
pénétrer par l'ouverture 117a.
Par exemple, la longueur LR du fond 118 du réservoir à l'ouverture 117a (ou à
l'extrémité haute du tube 117b) est avantageusement supérieure à N fois (N
étant un
nombre réel supérieur ou égal à 2) la hauteur HR selon la verticale (i.e.
selon l'axe de
gravité) entre le fond 118 du réservoir et l'ouverture 117a (ou l'extrémité
haute du
tube 117b).
La figure lb illustre une autre réalisation particulière de dispositif
d'accumulation et
d'extraction de liquide dans un mode de réalisation particulière de
l'invention.
Ce mode de réalisation reprend essentiellement l'ensemble des caractéristiques
de la figure la, mais certaines différences sont notées. Chacune des
différences
évoquées ci-dessous peut se retrouver séparément dans différents modes de
réalisation.
Dans ce mode de réalisation, la valve antiretour 113 peut être installée au
niveau
de l'ouverture 116a comme évoquée ci-avant.
Par ailleurs, il est possible de prévoir un point de fuite 120 (orifice
calibré de petit
diamètre) en aval de la vanne antiretour 113 sur le tube 116b, afin que le gaz
piégé
en aval de la vanne, piégé dans le tube 116b, puisse s'échapper lors du
remplissage
du réservoir et du premier tube d'injection.
En outre, dans ce mode de réalisation, le dispositif ne comprend pas de tube
117b. La valve antiretour 119 est montée directement sur l'ouverture 117a.
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Avantageusement, le tube d'évacuation 102 est de diamètre similaire au
réservoir.
En effet, la taille du tube d'évacuation n'a pas, dans le cadre de cette
invention, à
être particulièrement réduite, par anticipation, pour avoir des vitesses
d'écoulement
permettant un bon soulèvement des liquides par le gaz. Un diamètre important
peut
5 également présenter plusieurs avantages au cours de la vie du puits. Dans un
premier temps (avant utilisation du dispositif objet de cette invention), un
diamètre
important peut permettre d'éviter d'avoir une restriction importante à la
production, au
cours d'une période durant laquelle le puits est capable de produire seul).
Ensuite,
lors de l'utilisation du dispositif un diamètre important peut être plus
favorable à la
10 séparation entre gaz et liquides.
La figure 2 illustre différentes circulations de fluides (liquides, gazeux,
mixtes) lors
du fonctionnement du dispositif dans une réalisation particulière de
l'invention.
Ces circulations permettent de visualiser le fonctionnement du dispositif tel
que
15 décrit en relation avec la figure 1. Les références de figure non
mentionnées sur la
figure 2 ou identiques à la figure 1 font référence aux mêmes éléments ou à
des
éléments semblables dans les deux figures 1 et 2.
Une fois que les fluides de production se sont infiltrés dans le puits par les
complétions 103 (et particulièrement dans l'espace annulaire 107), ces fluides
se
déplacent (flèche 201) le long du réservoir installé dans le puits. Dans cette
zone, la
vitesse du gaz est notablement augmentée du fait du rétrécissement de l'espace
disponible à ce niveau du puits : l'accélération de l'écoulement permet un
entrainement favorisé des liquides ou autres particules présentes en fond de
puits
dans l'espace annulaire.
Du fait de la présence de l'isolant 106, le gaz (ou plus précisément le
mélange
formé par le gaz de production et les liquides) ne peut pas circuler dans
l'espace
_
annulaire au-dessus (selon l'axe z décroissant) de cet isolant et pénètre
alors dans la
première ouverture (flèche 202).
Suivant la trajectoire du tube 117b, le mélange gaz-liquide est alors diffusé
(flèche
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203) dans le réservoir. Bien entendu, il est possible de diffuser ce mélange
gaz-
liquide directement dans le tube d'évacuation 102. Le mélange gaz-liquide peut
être
dirigé dans une direction verticale, mais il peut également être dirigé dans
une autre
direction en fonction de choix techniques d'implémentation. Par exemple, si
l'extrémité du tube 117b comporte une valve antiretour, il peut être judicieux
de
diriger le flux de mélange gaz-liquide directement vers le tube d'évacuation.
Si
l'extrémité du tube 117b comporte un chapeau conique (comme représenté dans
la figure 2, ce chapeau conique permettant d'éviter tout écoulement de liquide
s'écoulant par gravité dans le tube 117b depuis le tube d'évacuation 102), il
peut être
judicieux de diriger le flux de mélange gaz-liquide vers le bas, i.e. vers le
fond du
réservoir.
Dans l'hypothèse de la figure lb (i.e. dans laquelle aucun tube 117b
n'existe), le
procédé est sensiblement le même. Du fait de la gravité, les liquides contenus
dans
le mélange entrant au niveau de l'entrée 117a vont, au moins en partie, être
dirigés
vers la zone d'accumulation 109, le gaz étant lui naturellement entrainé vers
le haut.
Un dispositif de séparation liquide-gaz peut être également installé à
l'extrémité du
tube 117b ou sur l'ouverture 117a (que le tube 117b existe ou non).
En tout état de cause, le liquide du mélange liquide-gaz peut avoir tendance à
se
séparer du mélange (soit par condensation, soit par simple gravité appliquée
aux
gouttelettes de liquides déjà présentes dans le liquide). De ce fait, au moins
une
partie du liquide peut se diriger vers le fond du réservoir (flèche 205a),
vers la zone
d'accumulation 109.
Le gaz issu de cette séparation (pouvant encore comporter une partie de
liquide)
se dirige (flèche 204a, 204b) vers le puits d'évacuation 102 du fait de la
pression
naturelle en fond de puits.
Bien entendu, le liquide encore présent dans le gaz évacué par le tube
d'évacuation peut se déposer, par condensation par exemple, sur les parois du
tube
d'évacuation et glisser le long de ces parois (flèches 205b). Par gravité, des
gouttelettes de liquides peuvent donc se déplacer vers la zone d'accumulation.
Avantageusement, la section de l'extrémité haute du tube 117b est faible (ex.
au-
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dessus d'un rapport 2) par rapport à la section du tube d'évacuation afin de
limiter le
retour de liquide dans le tube 117b. Par ailleurs, il peut être avantageux que
la
projection sur un plan horizontal de la section du tube 117b ne possède pas
d'intersection avec la projection de la section du tube 102 avec le même plan
:
notamment, les gouttelettes de liquide glissant le long de la paroi du tube
102 ne
peuvent pas rentrer par gravité dans le tube 117b.
Au fur et à mesure des circulations décrites ci-avant, la zone d'accumulation
se
remplit de liquide. Avantageusement, cette accumulation permet de limiter les
pertes
de charges notamment liées aux frottements des liquides dans/sur le gaz
d'exploitation et à l'entrainement vertical des liquides. De plus, les
liquides présents
dans la zone d'accumulation n'exercent pas de contre-pression pouvant limiter
ou
interdire toute infiltration de gaz dans le puits.
Bien entendu, la capacité de la zone d'accumulation n'est pas infinie. S'il
est
possible d'augmenter cette capacité, notamment en augmentant la longueur LR du
réservoir (tout en limitant, autant que possible, l'augmentation de la hauteur
HR), il
arrive un moment où la zone d'accumulation est saturée (i.e. la surface des
liquides
accumulés se situant par exemple au niveau de la cote zmax) et il existe un
besoin
d'évacuation des fluides ainsi accumulés.
Ainsi, lorsqu'un opérateur souhaite évacuer les liquides accumulés dans le
réservoir, il peut mettre, depuis la surface, en pression l'espace annulaire
108 à l'aide
d'un compresseur (éventuellement partagé entre plusieurs puits). Cette mise en
pression permet au gaz contenu dans l'annulaire d'être injecté à grande
vitesse dans
le tube 116b au travers de l'ouverture 116a (flèches 206a et 206b). Lors de sa
sortie
du tube 116b (flèche206c), le gaz va pousser les liquides de la zone
d'accumulation
109 verticalement dans le puits dans le tube d'extraction 102. Le débit de gaz
est
suffisamment important afin que les liquides soient balayés (flèche 207) au
travers du tube d'évacuation 102. Si la pression induite dans la zone
d'accumulation
par cette injection brutale de gaz dépasse la pression de production au niveau
de la
flèche 203, alors il est avantageux de prévoir une valve antiretour (ou check-
valve en anglais) à l'extrémité du tube 117b ou au niveau de l'ouverture
117a afin
de bloquer de manière automatique la circulation de fluide vers l'espace
annulaire
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107.
La figure 3 illustre une courbe de pression 300 possible lors du
fonctionnement
d'une réalisation particulière de l'invention.
Cette courbe de pression peut être établie notamment à l'aide de capteurs
situés
dans le puits, dans le puits d'évacuation 102 par exemple. Avantageusement,
ces
capteurs sont situés en tête de puits, car il peut être complexe de descendre
et
d'installer à demeure des capteurs à grande profondeur.
Lors de la phase de remplissage de la zone d'accumulation 109, la pression P
au
niveau des capteurs reste sensiblement constante (palier 301) égale à Pnom :
en effet,
les liquides, pouvant diminuer la pression du gaz de production, sont
systématiquement accumulés dans une zone neutre , hors de la trajectoire de
circulation du gaz (i.e. dans la zone d'accumulation 109).
Lorsque le niveau de liquide accumulé dépasse la cote zmax, la pression P
commence à chuter (entre les points 302 et 303), car les fluides freinent
alors la
circulation du gaz de production. Il peut arriver que la circulation de gaz
s'arrête
complètement si la pression hydrostatique du liquide présent au-dessus de
cette cote
dépasse la pression du gaz au niveau de l'extrémité du tube 117b (une vanne
antiretour positionnée à cet endroit se fermant alors).
S'il est détecté une chute brutale de pression P à partir de la pression Pnom,
il est
possible de déduire que les liquides accumulés dépassent la côte zmax. Par
ailleurs, il
peut être souhaitable d'attendre que la pression P descende (point 303) en
dessous
d'une valeur prédéterminée Pmin avant de faire toute action d'évacuation de
liquide.
Lorsqu'il est décidé qu'une évacuation de liquide accumulé est souhaitable,
une
injection brutale de gaz peut être effectuée dans l'espace annulaire 108 comme
décrit précédemment, provoquant de fait, une expulsion de liquide hors du
puits via
le tube d'évacuation, diminuant alors la quantité de liquide accumulé dans le
réservoir. Cette injection brutale de gaz provoque une variation erratique
de
pression notable (courbe 304, par exemple).
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Une fois, cette évacuation effectuée (point 305), le cycle de production
recommence avec un palier de pression 306 semblable au palier 301.
Ce contrôle du processus d'évacuation du liquide peut également être effectué
à
l'aide d'une supervision du débit et non de la pression.
En particulier, lorsque le débit de gaz baisse anormalement (i.e. en dessous
d'une
valeur seuil déterminée), cela peut signifier que le niveau de liquide dans le
puits
commence à dépasser le point d'entrée des effluents dans le dispositif et
ainsi
commence à peser hydrostatiquement sur le gaz. Il est alors utile de procéder
à une
vidange du réservoir.
La fin de la circulation de gaz pour assurer la vidange du réservoir peut être
déclenchée lorsque le débit de liquide devient faible (ou lorsque le volume de
liquide
produit lors de la chasse correspond au volume de la zone d'accumulation).
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation
décrites ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes.
D'autres réalisations sont possibles.
Par exemple, les modes de réalisation décrits présentent des tubes connectés
aux
ouvertures sur le réservoir, mais d'autres modes de réalisation sont
envisageables
sans la présence de ces tubes
