Brevet FR2504187A1 — publié le 19821022

L'invention concerne un dispositif pour élever la température d'une formation géologique traversée par un puits. Cette augmentation de température est par exemple réalisée pour augmenter la fluidité d'un produit tel qu'une huile,contenu dans la formation géologique et obtenir une stimulation de la production. Mais cette augmentation de température peut aussi avoir pour but d'initier la combustion d'un produit inflammable contenu dans la formation géologique, ce produit pouvant être par exemple du pétrole, du charbon, etc. Dans les procédures de récupération d'hydrocarbures utilisant la combustion "in situ" d'une partie des hydrocarbures contenus dans une formation géologique, il est connu d'utiliser un allumeur électrique pour initier directement la combustion dans la formation. L'allumeur, dont le but est de déclencher la combustion par élévation de la température de la formation géologique,comporte essentiellement au moins un élément chauffant du type résistance ohmique, relié à une source de courant électrique par des câbles. Selon un premier mode de réalisation connu de l'art antérieur et par exemple illustré par le brevet canadien 741 428, le ou les éléments chauffants sont contenus dans un boitier étanche pressurisé. Outre les difficultés technologiques que représente la réalisation du boitier étanche pressurisé, on a constaté que l'échange thermique entre l'air injectêdans le puits où est placé l'allumeur et la paroi du boitier n'était pas optimale. Selon un autre mode de réalisation illustré notamment par le brevet US 3 387 657 les éléments chauffants sont au contact direct de l'air injecté dans le puits mais n'assurent pas un chauffage optimal de la totalité de l'air injecté dans le puits. Le but de la présente invention est donc de proposer un dispositif perfectionné présentant des performances accrues par rapport à celles des allumeurs connus de l'art antérieur et permettant d'élever la température d'une formation géologique traversée par un puits. Plus précisément, le dispositif selon l'invention met en oeuvre au moins un élément chauffant électriquement et comporte en combinaison une conduite à l'extrémité de laquelle est fixé un corps tubulaire dont l'alésage intérieur communique avec la conduite et à l'intérieur duquel est placé l'élément chauffant. La conduite qui peut être flexible ou rigide est de préférence d'un diamètre inférieur à celui du corps tubulaire. Selon un mode avantageux de réalisation, la conduite est prolongée à l'intérieur du corps par un tube, tandis qu'un support tubulaire fermé à l'une de ses extrémités est interposé entre le tube prolongateur et le corps tubulaire, de sorte qu'il subsiste entre le support tubulaire et le tube prolongateur un premier espace annulaire communiquant avec l'alésage du tube prolongateur et entre le support tubulaire et le corps un second espace annulaire communiquant avec le premier espace annulaire. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit illustrée par les figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'in vention, - la figure 2 montre schématiquement et en coupe un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente en coupe un élément chauffant, - la figure 4 représente le raccordement d'un élément chauffant à un conducteur d'alimentation électrique et - la figure 5 montre schématiquement un second mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente schématiquement un dispositif selon l'invention utilisé pour augmenter la température d'une formation géologique 1 au voisinage du puits 2 qui traverse cette formation géologique. Le dispositif comporte une conduite 3 dont l'extr mité supé- rieure est reliée à des moyens d'injection 4 d'un fluide caloporteur qui est de préférence un fluide gazeux mais qui pourra être un liquide tel que de l'eau. Ces moyens d'injection sont, par exemple, constitués par un compresseur. A l'extrémité inférieure de la conduite 3 est fixé un organe électrique 5 de ne chauffage du fluide introduit à travers la conduite 3. Cet organe 5 est relié à une source d'énergie électrique 6 par un câble 7. Lors de son utilisation, l'organe 5 est descendu dans le puits 2 et délivre du fluide chaud au niveau de la couche géologique 1 pour élever progressivement la température de cette formation jusqu'à la valeur désirée, comme il sera indiqué plus loin. La conduite 3,qui est conçue pour supporter sans dommage une température élevée,peut être une conduite flexible ou une conduite rigide composée d'éléments fixés bout à bout. La section droite de la conduite 3 est choisie par le technicien pour assurer l'injection du débitdefluide désiré dans le puits De préférence, et comme le montre la figure 1, on choisit une conduite 3 dont le diamètre est inférieur à celui de l'organe 5. De façon générale, le diamètre extérieur de l'organe 5 est au plus égal au 9/10 du diamètre du puits et de préférence compris entre 8/10 et 5/10 du diamètre du puits. La figure 2 représente schématiquement et en coupe un premier mode de réalisation de l'organe 5. Cet organe comporte un corps tubulaire 8 fixé à l'extrémité de la conduite 3, par exemple par un filetage 9, de sorte que l'alésage du corps 8 communique en permanence avec la enduite 3. A l'intérieur du corps 8 et coaxialement à celui-ci est dispos un support cylindrique 10 maintenu en place par exemple par des bras radiaux 11, 12. Sur le support 10 sont enroulés trois éléments chauffants 13, 14, 15. Ces éléments chauffants peuvent être de tout type connu. Par exemple, comme représente sur la figure 3, chaque élément chauffant comporte un fil résistant R logé dans un tube protecteur T rempli d'un isolant électrique I. Le fil résistant R est par exemple en nickel-chrome, l'isolant I en magnésie et le tube protecteur en un alliage tel que celui commercialisé sous le non d'Inconel. A la partie inférieure du support 10 les trois éléments chauffants pénètrent dans une enceinte 16 étanche, résistant à la pression, où ils sont électriquement reliés entre eux. L'autre extrémité de chaque élément est reliée à un conducteur d'alimentation électrique Sur la figure 2 un seul conducteur 17 a été représenté. Ce conducteur 17 est relié à l'élément chauffant 13 par un dispositif 18 de connexion électrique qui assure-l'étanchéité entre l'élément chauffant et le conducteur. Ce dispositif de connexion 18 peut être de tout type connu et par exemple constitué comme représenté en coupe sur la figure 4. Le conducteur électrique 17 est dénudé sur une portion qui est soudée à l'extrémité de l'élément résistant R. Un manchon 19 est alors utilisé pour envelopper simultanément les extrémités du câble 17 et de l'élément chauffant 13. Un matériau isolant 20 est coulé à l'intérieur du manchon 19. Ce matériau pourra être par exemple une résine époxyde, une matière plastique, etc... Les trois éléments chauffants qui sont reliés en étoile sont alimentés en courant électrique tri-phasé. Le dispositif comporte au moins deux thermocouples 21 et 22 qui mesurent respectivement la température du fluide sortant du corps 8 et la température des éléments chauffants. Les indications de ces thermocouples permettent de régler le courant d'alimentation des éléments chauffants pour leur éviter une surchauffe et pour assurer le chauffage du fluide injecté à la température désirée. Le fonctionnement du dispositif est aisé à comprendre. Lorsqu'on désire initier la combustion d'un produit contenu dans la formation on injecte comme fluide caloporteur un fluide comburant tel que de l'air. Les éléments chauffants alimentés en courant électrique augmentent la température de l'air injecté par la conduite 3. En péné trant dans la formation géologique 1 (Fig. 1), l'air chaud élève progressivement la température de cette formation jusqu a ce qu'elle atteigne la température d'inflammation. Lorsqu'on désire seulement augmenter la température de la formation dans le but de stimuler la production d'un produit plus ou moins visqueux contenu dans la formation géologique 1, on peut utiliser comme fluide caloporteur un gaz neutre tel que de l'azote. Mais l'utilisation de tout autre fluide tel que de l'air ou un liquide tel que l'eau est possible, pourvu que la quantité de calories délivrée par les éléments chauffants soit contrôlée pour que la température de la formation reste inférieure à la température d'inflammation du produit contenu dans la formation géologique 1. La figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'invention selon lequel la conduite 3 est prolongée à l'intérieur du corps 8 par un tube prolongateur 23. Un support tubulaire 24 fermé à sa partie inférieure est interposé entre le tube prolongateur 23 et le corps 8 de sorte qu'il subsiste entre le support tubulaire 24 et le tube prolongateur 23 un premier espace annulaire 25 communiquant avec l'alésage du tube prolongateur 23, et, entre le support tubulaire 24 et le corps 8, un second espace annulaire 26 communiquant avec le premier espace annulaire. Le support tubulaire 24 est maintenu en place par des bras radiaux 27-28. Les éléments chauffants sont enroulés hélicoidalement sur le support tubulaire et chaque spire est maintenue écartée des spires voisines par un fil de séparation schématisé en 29. Bien entendu, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en usinant à la surface du support tubulaire 24 des rainures dans lesquelles prennent place les éléments chauffants. L'expérience a montré qu'un tel mode de réalisation de l'organe 5 permet des performances maximales de réchauffement du fluide caloporteur injecté par la canalisation 3. C'est ainsi, par exemple, que l'on a pu initier en moins de 24 heures une combustion dans une formation géologique formée de char bon en utilisant trois résistances de 15 Q reliées en étoile et ali- mentées en courant triphasé de 550 Volts et en utilisant de l'air comme comburant. Des modifications pourrront être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, il sera possible de fixer à l'extrémité libre du dispositif un tube prolongateur 30 permettant d'injecter le fluide caloporteur à un niveau inférieur du puits. Il sera également possible de recouvrir la paroi interne du corps 8 d'un produit thermiquement isolant, par exemple d'un matériau réfractaire à base d'alumine ou de fibres réfractaires telles que de la laine de roche. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Dispositif pour élever la température d'une formation géologique traversée par un puits (2), ce dispositif mettant en oeuvre des moyens (4) d'injection d'un fluide caloporteur dans la formation géologique (1) et des moyens (5) de réchauffage de ce fluide, comportant au moins un élément chauffant (13-15) électriquement relié à une source de courant électrique (6), caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (3) reliée au moyen d'injection (4) du fluide caloporteur et à l'extrémité libre de laquelle est fixé un corps tubulaire (8) dont l'alésage communique avec la conduite (3) et dans lequel est placé l'élément chauffant (13-15). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du corps tubulaire (8) est inférieur aux 9/10 du diamètre du puits (2) dans lequel le dispositif est introduit. 3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du corps tubulaire (8) est compris entre les 8/10 et les 5/10 du diamètre du puits (2) dans lequel le dispositif est introduit. 4. - Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la conduite %} est inférieur à celui du corps tubulaire (8). 5. - Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite (3) est une conduite flexible. 6. - Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la conduite (4) est une conduite rigide. 7. - Dispositif selon une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu il comporte un tube (23) prolongateur de la conduite (3) à l'intérieur du corps (8) et un support tubulaire (24) fermé à sa partie inférieure, interposé entre le tube prolongateur (23) et le corps tubulaire (8), ce support tubulaire (24) délimitant avec le tube prolongateur (23) un premier espace annulaire (25) communlquant avec l'alésage du tube prolongateur (23) et délinitant avec le corps tubulaire (8) un second espace annulaire (26) communiquant avec le premier espace annulaire (25), l'élément chauffant (13-15) étant enroulé héli coldalement autour du support tubulaire (24). 8. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne du corps tubulaire (8) est recouverte d'un isolant thermique.