Brevet FR2299593A1 — publié le 19760827

Le pétrole brut est un mélange biphasique sous pression contenant une phase liquide et une phase gazeuse. Au cours de la vie d'un gisement de pétrole, la pression disponible en tête de puits diminue peu à peu tandis que le rapport gaz-huile du pétrole sortant du puits augmente. Au début de l'exploitation d'un gisement, les différents puits sont reliés par un réseau de canalisations appropriées , dénommées "collectes", à un centre de production où le pétrole fait l'objet d'une séparation huilegaz, d'un éventuel traitement pour être ensuite envoyé aux réservoirs de stockage d'où il est extrait par la station de pompage, pour ttre expédié. Lorsque la pression en tête de puits diminue, les pertes de charge augmentent, surtout à partir du moment où le point bulle" est atteint et la pression au centre de séparation tombe au-dessous de sa valeur normale de fonctionnement, t-ndis que les débits se trouvent fortement diminués On remédie à cette situation d'une part en augmentant le nombre des puits producteurs, d'autre part en déplaçant la séparation du centre de production vers les têtes de-puits, par étapes successives. Ceci conduit à créer, entre le centre de production initial et les différentes têtes de puits, une multiplicité d'ensembles de séparation comprenant - séparateurs - stations de pompage d'huile - stations de compression de gaz ainsi que de nouvelles collectes allant de ces ensembles vers le centre principal de traitement. Le cotit de ces installations, ajouté à celui des installations initiales est tr)s lourd et leur mise en place provoque des interruptions de production. L'exemple suivant illustre la matrice et l'importance du problème. Un gisement d'huile brut à fort rapport gaz/huile comporte un ensenDle de 100 puits et un centre de production central. La distance moyenne entre les puits et le centre est de 15 km, ce qui représente un réseau de collectes de plus de 1500 km de tuyaux. La pression initiale en tête de puits 2 pour un bit de production 4 est de 140 kg/cm2 pour le débit considéré, la perte de chargedans Tes collectes est de 2 80kg/cm2, la pression d'entrée au centre de production est de 60kg/cm2, la séparation est effectuée en trois étapes et la pres 2 sion de travail du premier étage est de l'ordre de 35 kg/cm Au bout d'un certain nombre d'années de production la pression en tette de puits est tombée à I20 kg/cm2 ; pour le dé 2 bit Q les pertes dans les coflecter sont postées de 80 à 90 kg/cm2. La pression d'entrée au centre de production est de 2 30 kg/cm2 et, si l'on veut conserver le méme débit Q d'huile,alors que la pression continue de baisser, il devient nécessaire de déplacer la séparation vers les puits, ce qui conduit à créer progressivement un nombre important d'ensembles de séparation avec le réseau de collectes correspondant. L'invention a pour objet un procédé et des moyens permettant de résoudre le problème de façon beaucoup moins coû- teuse, sans interruption de production, et avec une plus grande souplesse, dans la mise en oeuvre. L'invention consiste à procéder, en tête de chaque puits, en amont des collectes, à un relèvement de la pression du pétrole brut, sans modifier son débit, jusqu'à une valeur prédéterminée compatible avec les caractéristiques de fonctionnement du centre de production initial, compte tenu des pertes de charges du réseau. Ainsi, quelle que soit la variation de pression du pétrole brut sortant du puits, le centre de production est constamment alimenté en pétrole brut à pression quasi constante, au débit des puits, et il n'est plus nécessaire d'interposer des ensembles de séparation entre les têtes de puits et le centre de production. lie procédé selon l'invention pour relever la pression du pétrole brut ou d'une manière générale de tout mélange liquidegaz consiste - à séparer les phases liquides et gazeuses dans un séparateur approprié, - à soutirer la phase liquide et à en relever la pression, jusqu'à la valeur choisie, au moyen d'une pompe tout en maintenant sensiblement constant le niveau de liquide dans le séparateur, par un dispositif de contrôle de niveau agissant sur le débit de la pompe vers le mélangeur. - à soutirer la phase gazeuse et à en relever la pression jusqu'à la valeur choisie, au moyen d'un compresseur, tout en maintenant sensiblement constante la pression de gaz dans le séparateur à une valeur au plus égale à la pression du mélange initial par un dispositif de contrôle de pression commandant un by-pass retournant le gaz au séparateur - à mélanger les phases liquides et gazeuses ainsi obtenues dans un mélangeur débouchant sur une canalisation unique, pour réaliser un mélange de pression augmentée et de même débit que le débit entrant. L'invention vise également les dispositions ci-après a) La pompe est une pompe centrifuge et le contrôle de niveau se fait au moyen d'une vanne placée à la sortie de la pompe et commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur. b) La pompe est une pompe à pistons, et le contrôle du niveau est obtenu au moyen d'un by-pass de retour au séparateur contrôlé par une vanne commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dani le séparateur. c) La pompe est type à pistons et à vitesse variable, le contrôle de niveau/ebtenu au moyen d'un by-pass de retour au séparateur contrôlé par une vanne commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur. d) Le compresseur est à vitesse variable, et le contrôle de pression comprend des moyens soumettant la vitesse du compresseur (et de la pompe) à l'organe de contrôle de la pression, l'action sur la vanne du by-pass ntintervenant qu'en second lieu. e) Les moyens sont prévus pour permettre de diminuer la pression du mélange initial jusqu'à une valeur comprise dans la plage de réglage du dispositif de contrôle de la pression du gaz dans le séparateur. L'invention vise le dispositif consistant dans la combinaison: - d'un séparateur de phases liquide et gazeuse, - d'une pompe recevant la phase liquide et la délivrant à un mélangeur avec une pression prédéterminée supérieure à celle régnant dans le séparateur, - d'un compresseur recevant la phase gazeuse et la délivrant à un mélangeur avec une pression prédéterminée supérieure à celle régnant dans le séparateur, -d'un mélangeur recevant les phases liquide et gazeuse et délivrant un mélange bi-phasique à la pression prédéterminée, - d'un contrôleur de niveau, contrôlant le débit de la pompe vers le mélangeur de façon à maintenir le niveau de liquide de séparateur entre deux limites prédéterminées, - d'un contrôleur de pression, commandant un by-pass reliant la sortie du compresseur au séparateur de façon à maintenir la pression de gaz du séparateur entre deux limites prédéterminées. Un tel dispositif pourra comporter, en outre les dispositions suivantes a) La pompe est une pompe centrifuge et le contrôle de niveau se fait au moyen d'une vanne placée à la sortie de la pompe et commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur, b) La pompe est une pompe à pistons et le contrôle de niveau est obtenu au moyen d'un by-pass de retour au séparateur contrôlé par une vanne commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur, c) La pompe est du type à pistons et à vitesse variable, le contrôle de niveau est obtenu au moyen d'un by-pass de retour au séparateur contrôlé par une vanne commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur, d) Le compresseur est à vitesse variable, et l'organe de contrôle de la pression dans le séparateur commande également la vitesse du compresseur, son action sur le by-pass n'intervenant qu'en second lieu, e) Des moyens sont prévus pour permettre de diminuer la pression du mélange entrant dans le séparateur jusqu une valeur comprise dans la plage de réglage du dispositif de contrôle de la pression de gaz. Dans l'application du procédé selon l'invention plusieurs dispositifs selon l'invention pourront être disposés soit en série, pour un relèvement de pression plus important soit en parallèle pour une augmentation du débit . Le tels dispositifs peuvent en effet être réalisés sous forme d'ensemble complets et montés sur châssis, faciles à déplacer et à mettre en place. L'invention est illustrée par le dessin annexé sur lequel on a représenté Figure 1 le schéma de base du procédé et du dispositif de l'in verftion figure 2 une variante du schéma précédent. wngure 7 une représectation schématique du mélangeur de sortie. En se reportent à la figure 1 on voit que le pétrole brut, provenant dela tête de puits 1 est envoyé dans un séparateur 2 qui délivre en 3 la phase liquide (huile) et en 4 la phase gazeuse. Un tel séparateur pourra, le cas échéant, colporter des doyens pour séparer et éliminer en 5 une partie au soins de l'eau contenue dans le pétrole. L'huile 3 est envoyée dans une poise centrifuge 6 qui en relève la pression à la valeur choisie et l'envoie au mélangeur 7 par la canalisation 3a. A la sortie de la palpe 6 est prévue une vanne 8 cozean- dée par un contrôleur de niveau 9 disposé pour maintenir le niveau d'huile entre deux limites prédéterminées. Le gaz 4 est envoyé dans un coipresseur IO, de préférence du type à pistons, qui en relève la pression à la yaleur choisie et l'envoie au mélangeur 7 par la canalisation 4a. A la sortie du coxpresseur IO est prévu un by-pass 11 qui retourne le gaz au séparateur 2. Ce by-pass est contrôlé par la vanne 12 commandée par le contrôleur de pression 13 de façon à maintenir la pression dans le séparateur 2 à une valeur ou entre deux licites prédéterminées. En 14 le mélange reconstitué sort à la pression choisie et au aêoe débit qu'à l'entrée 15, pour hêtre dirigé vers le centre de production. La pression de mélange fourni en 1 pouvant varier dans de larges liiites, on a prévu en I6 un détendeur qui permet de régler la pression à l'entrée 15 à une valeur égale ou inférieure à la pression initiale. Cette disposition permet d'ajuster la pression d'entrée en I5 dans les liiites de la plage de fonctionneient du contrôleur 13. On prévu en outre, sur le by-pass, un réfrigérateur 17 suivi d'un séparateur I8, permettant d'extraire une phase liquide et de la maintenir à niveau constant par le contrôleur I9 commandant la vanne 20 située sur le retour 21 vers le séparateur 2. Le mélangeur 7 sera de tout type approprié, par exemple tel que représenté figure 3, avec la canalisation de gaz 4a dans laquelle débouche la canalisation d'huile 3 a. L'huile étant maintenue à niveau constant dans le séparateur 2 et le gaz à pression constante, le débit en 14 reste identique au débit d'entrée 15, seule la pression du mélange étant aodifiée. Dans la variante de la figure 2 on a prévu deux étages de compression de gaz. La phase gazeuse du premier séparateur 181 est envoyée au second étage T()2. Un by-pass 11 retourne au séparateur 2 par 1'intermédiaire d'un second séparateur 182 avec réfrigération en I72, contrôle de niveau de liquide en I92, 202, contrôle de pression en T-, I2. Dans cet exemple on a prévu un compresseur à vitesse variable et le contrôleur de pression lD agit dans un premier temps sur un organe 22 de commande de la vitesse du compresseur IOI,lCl2 et c'est seulement lorsque la réduction de vitesse est insuffisante pour maintenir la pression du séparateur 2 dans les limites choisies que le contrôleur ls agit sur la vanne I2 du by-pass 11. Cette disposition assure une sensible économie d'énergie. Dans cet exemple également on a prévu une pompe à piston 6 et le maintien du niveau dans le séparateur 2 est obtenu au moyen du by-pass 23 contrôlé par la vanne 8 qui est commandée par le contrôleur de niveau 9. On peut prévoir en 6 une pompe à vitesse variable. Cependant en ce qui concerne la phase liquide, l'économie d'énergie qui en résulte n'est pas très significative. Les pompes et compresseurs seront entrainés par tout moyen approprié et notamment au moyen de moteurs utilisant le pétrole brut. Divers appareils annexes viendront utilement complèter l'instal- lation, notamment - des appareils réglant la température de refroidissement des pistons pour éviter la présence de liquide dans les cylindres de compression, - des appareils réglant la température du circuit gaz pour éviter la formatlon d'hydrates d'hydrocarbures dans les circuits de gaz, - de séparateurs et des filtres pour éliminer les inconvénients dus à la présence de sédiments. Tous ces points relèvent de la technologie courante et ne font pas partie de l'invention, de même que les dispositions de sécurité qui seront avantageusement adoptées. Si l'on reprend l exemple donné plus haut (gisement de 100 puits à production initiale à I40 kg/cm2 tombant au-dessous des I20 kg/c n?) l'utilisation de l'invention sera la suivante. On équipera chaque tête de puits d'un dispositif de relèvement 2 de pression fonctionnant avec une pression d'entrée de 25kg/cm2 et une pression de sortie de I25 kg/cm2 . Le pétrole brut sera détendu en I6 à 25 kg/cm2 et sa pression ramenée en r à I25 kg/ cm2 . Le débit total Q sera ainsi maintenu sans aucune modification des installations de surface (collectes, centre de séparation et de production). Quand la pression en tête de puits approchera de 25kg/ cmX on pourra installer un second dispositif de relèvement de pression en série avec le premier, et en amont de celui-ci, des caractéristiques de débit identiques lais des caractéristiques de pression à l'entrée de l'ordre de 5 kg/cm2, pour une pression 2 de sortie de l'ordre de 25 kg/cm . Un troisième appareil pourra être placé en série avec les deux premiers lorsque la pression 2 tombe entre 5 et 1 kg/cm2. I1 est également possible de placer des appareils en parallèle pour le relèvement du débit, si le puits le permet. Ces appareils étant faciles à standardiser leur maintenance pourra consister à procéder à un échange standard avec réparation en atelier. La mise en place d'un tel ensemble peut, en effet, être réalisée dans la journée. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour relever la pression d'un mélange liquidegaz caractérisé en ce qu'il consiste - à séparer les phases liquides et gazeuses dans un séparateur approprié, - à soutirer la phase liquide et à en relever la pression jusqu'à la valeur choisie, au moyen d'une pompe, tout en maintenant sensiblement constant le niveau de liquide dans le séparateur, par un dispositif de contrôle de niveau agissant sur le débit de la pompe vers le mélangeur, - à soutirer la phase gazeuse et à en relever la pression jusqu'à la valeur choisie, au moyen d'un compresseur, tout en maintenant sensiblement constante la pression de gaz dans le séparateur à une valeur au plus égale à la pression du mélange initial par un dispositif de contrôle de pression commandant un by-pass retournant le gaz au séparateur, - à envoyer les phases liquides et gazeuses ainsi obtenues dans un mélangeur débouchant sur une canalisation unique, pour réali- ser un mélange de pression augmentée et de même débit que le débit entrant. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pompe est une pompe centrifuge et le contrôle de niveau se fait au moyen d'une vanne placée à la sortie de la pompe et commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur. 3 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pompe est une pompe à pistons, et le contrôle de niveau est obtenu au moyen d'un by-pass de retour au séparateur contrôlé par une vanne commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur. 4 - Procédé selon la revendication 3 caractéris en ce que la pompe est de type à pistons et à vitesse variable. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le compresseur est à vitesse variable, et le contrôle de pression comprend des moyens soumettant la vitesse du compresseur (et de la pompe) à l'organe de contrôle de la pression, l'action sur la vanne de by-pass n'intervenant qu'en second lieu. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour permettre de diminuer la pression du mélange initial jusqu'à une valeur comprise dans la plage de réglage de dispositif de contrôle de la pression du gaz dans le séparateur. 7 - Procédé d'exploitation d'un gisement de pétrole caractérisé en ce qu'on procède, en tête de chaque puits , en amont des collectes, à un relèvement de la pression de pétrole brut, jusqu'à une valeur prédéterminée compatible avec les caractéristiques de fonctionnement du centre de production, compte tenu des pertes de charges du réseau. 8 - Dispositif pour le relèvement de la pression d'un mélange liquide-gaz caractérisé en ce qu'il comprend - un séparateur de phases liquide et gazeuse ; - une pompe recevant la phase liquide et la délivrant à un mélangeur avec une pression prédéterminée supérieure à celle régnant dans le séparateur - un compresseur recevant la phase gazeuse et la délivrant à un mélangeur avec une pression prédéterminée supérieure à celle régnant dans le séparateur - un mélangeur recevant les phases liquide et gazeuse et délivrant un mélange bi-phasique à pression prédéterminée - un contrôleur de niveau, contrôlant le débit de la pompe vers le mélangeur de façon à maintenir le niveau de liquide du sépara tsur entre deux limites prédéterminées - un contrôleur de pression, commandant un by-pass reliant la sortie du compresseur au séparateur de façon à maintenir la pression de gaz du séparateur entre deux limites prédeterminées. 9 - Dispositif selon la revendication p, caractérisé en ce que a pompe est une pompe centrifuge et le contrôle de niveau se fait au moyen d'une vanne placée à la sortie de la pompe et commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur. 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pompe est une pompe à pistons et le contrôle de niveau est obtenu au moyen d'un by-pass de retour au séparateur contrôlé par une vanne commandée par l'organe de contrôle du niveau d'huile dans le séparateur. 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pompe est de type à pistons et à vitesse variable. 12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications ? à Il caractérisé en ce que le compresseur est à vitesse variable, et l'organe de contrôle de la pression dans le séparateur commande également la vitesse du compresseur , son action sur le by-pass n'intervenant qu'en second lieu. 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à I2 caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour permettre de diminuer la pression du mélange entrant dans le séparateur jusqu a une vitesse comprise dans la plage de réglage du dispositif de contrôle de la pression de gaz. 14 - Procédé selon la revendication 'I caractérisé en ce que le relevement de pression du pétrole brut est opéré selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 15 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pétrole brut est opéré au moyen d'au moins un dispositif selon l'une quelconque des revedications 8 à 14. 16 - Procédé selon la revendication I5 caractérisé en ce que plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications 8 à 4 sont montés en série en tête de puits.