Brevet FR2584771A1 — publié le 19870116

La présente invention concerne un procédé et une installation pour l'activation de puits géothermiques. Il est connu d'activer ou de stimuler des puits géothermiques et plus particulièrement l'aquifère pour lui faire produire des débits supplémentaires et également, du fait que les fluides géothermiques contiennent des gaz ayant un certain point de bulle et une certsine pression, pour éviter la formation de dépôts résultant de la sursaturation du fluide et qui produisent à leur tour une corrosion des pièces métalliques de l'installation. Pour la stimulation hydraulique de puits géothermiques et le maintien de la pression en surface il est connu d'utiliser une pompe électrique immergée dans le puits. Toutefois une telle solution ne s'est pas révélée satisfaisante, à la longue, du fait que la longévité des pompes immergées est en pratique bien inférieure à celle prévue au départ,par suite de l'usure rapide des paliers et du moteur de la pompe notamment.(étanchéité, corrosion, dépôt). Une autre installation d'activation qui peut être envisagée, comprend un moteur en surface qui entraîne un rotor fixé à l'extrémité d'un arbre s'étendant à l'intérieur du puits. Une telle installation est évidemment complexe et fragile et elle peut donner lieu à des pannes fréquentes. Une autre installation connue utilise une turbo-pompe placée dans le fond du puits géothermique. La turbine de cette turbopompe est entraînée par un liquide injecté dans un tuyau d'alimentation s'étendant dans le puits. Cette technique, encore peu développée, n'a pas donné toute satisfaction à ce jour. Un autre procédé de stimulation de puits en gros débit est utilisé dans le domaine pétrolier. Ce procédé appelé "gas-lift" consiste a injecter dans le puits pétrolier, à une certaine profondeur, du gaz qui se mélange, par une vanne ou un diffuseur, avec le fluide afin de l'alléger, c'est-à-dire de provoquer une diminution de sa densité. Ce procédé présente l'avantage qu'il ne fait appel à aucun appareil électrique ni å aucun appareil mefeanique tournant dans le puits, tout le matériel de l'installation de mise en oeuvre du procédé se trouvant en surface. On a également envisagé, pour l'activation continue de puits géothermiques, un procédé dit "air-lift" consistant à injecter de l'air sous pression, dans le puits géothermique toutefois l'injection d'air non désoxygéné dans le fluide géothermique pose de graves problèmes d'oxydo-réduction en ce qui concerne les cuvelages et tubages métalliques et le fluide lui-même.En effet la présence d'oxygène en contact avec un fluide très réducteur souvent sulfuré favorise les précipitations d'oxydes métalliques. L'acidification du fluide conditionne les dépôts et influe sur la corrosion des matériaux métalliques non revêtus de matériaux spéciaux. Par ailleurs du fait que l'aspiration de l'air se fait à la pression atmosphérique, le travail de compression de cet air est très important.Enfin pendant la séparation à pression atmosphérique la quasi totalité des gaz incondensables est éliminée du fluide géothermique, ce qui favorise les dépôts en aval. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un procédé et une installation particu lièrement fiable et facile à mettre en oeuvre. A cet effet ce procédé d'activation de puits géothermiques est caractérisé en ce qu'on injecte en profondeur, dans le puits géothermique, un gaz sous pression autre que de l'air, on sépare en surface le gaz du fluide géothermique, on comprime le gaz recyclé et on le ré injecte dans le puits géothermique. On maintient, dans le séparateur dans lequel est réalisée la séparation du gaz et du fluide géothermique, une pression approximativement égale au point de bulle du fluide géothermique, pour éviter au gaz contenu dans ce fluide d'en sortir. Le procédé est mis en oeuvre d'une m - nière continue avec un gaz de travail directement lié La I-a composition du fluide géothermique. Pour minimiser les pr tes de gaz de travail on peut utiliser le gaz dissous le plus proche de la saturation, par exemple le dioxyde de carbone dans le cas de ressources carbogazeuses. On peut également utiliser, comme gaz de travail, le mélange de qaz qui est extrait du fluide géothermique, ce qui évite d'avoir à rajouter du gaz. Au lieu d'avoir à maintenir une pression totale, comme cela est le cas lorsque l'on emploie des pompes hydrauliques, pour éviter le dégazage, on maintient simplement les pressions partielles des différents gaz pour éviter ce dégazage. Le procédé suivant l'invention offre un intérêt tout particulier à la fois du point de vue géochimique et d'un point de vue énergétique. En effet, du point de vue géochimique, le gaz injecté dans le puits géothermique maintient le fluide géothermique en surface dans ses conditions d'origines. Par ailleurs, du point de vue énergétique, comme on maintient en tête de puits une pression approximativement égale au point de bulle (de l'ordre de 5 à 10 bars), cette pression sert de pression d'aspiration pour la réinjection du gaz après compression. Par c-onséquent, au lieu d'avoir à utiliser un compresseur volumineux fonctionnant avec une pression d'aspiration atmosphérique, on peut employer un compresseur plus réduit puisque l'on part d'une pression d'aspiration de l'ordre de 5 à 10 bars.Ceci entraine naturellement une consommation moindre d'énergie. On décrira ci-après, titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé qui est un schéma synoptique d'une installation d'activation d'un puits géothermique par le procédé qes-lift suivant l'invention. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention qui est représentée sur le dessin, est associée à un puits géothermique 1 qui comprend un cuvelage externe 2 et un tubage interne 3 coaxiaux. La partie inférieure du puits géothermique 1 plonge dans l'aquifère 4 qui fournit le fluide géothermique devant remonter en surface dans l'annulaire entre le cuvelage 2 et le tubage 3. Dans cette installation qui met en oeuvre un procédé d'activation du type "gas-lift" inverse, le tubage 3 est pourvu, dans sa partie inférieure qui plonge dans le fluide géothermique de l'aquifère 4, de vannes d'injection de gaz 5. Par ailleurs la partie extrême supérieure du cuvelage 2 est reliée, par une canalisation 6 sur laquelle est branchée une vanne 7, à un réparateur 8. Ce séparateur 8 assure la séparation du fluide diphasique qui s'élève dans l'annulaire du casing 2, d'une part en fluide géothermique et d'autre part en gaz assurant l'allégement de ce fluide. Le fluide géothermique est transmis, par une canalisation 9, à un échangeur de chaleur 11 permettant la récupération des calories du fluide géothermique, avant que ce dernier ne soit réinjecté dans l'aquifère.Le gaz est, quant à lui, transmis, par une canalisation 12 faisant partie du circuit basse pression, à l'orifice d'aspiration d'un surpresseur 13. Une soupape de sécurité 14 est branchée sur la canalisation 12, en amont du surpresseur 13, et cette canalisation 12 est également reliée, par une vanne 15, à une réserve de gaz 16. Un analyseur de gaz 10 peut être éventuellement branché sur la canalisation 12. L'orifice de refoulement du surpresseur 13 est relié à un circuit haute pression comprenant une canalisation 17 qui est reliée, par l'intermédiaire d'une soupape de sécurité 18, à l'extrémité supérieure du tubage 3. Sur la canalisation 17 est éventuellement branché un dispositif injectant un inhibiteur de corrosion 19. Le gaz utilisé dans la mise en oeuvre du procédé "gas-lift" peut être n'importe quel gaz compatible avec le fluide géothermal, à l'exclusion de l'air, par exemple du gaz carbonique. I1 peut être également constitué par un mélange gazeux comprenant, par exemple, CH4, H2S, C02, N2 etc... La pression en tête de puits c'est-à-dire dans le circuit basse pression relié à l'orifice d'admission du surpresseur 13, est choisie de manière à être toujours approximativement égale au point de bulle du fluide géothermique afin d'éviter la formation de dépôts et la corrosion des éléments du circuit. Cette pression est, par exemple, de l'ordre de 5 à 10 bars, alors que la pression à la sortie du surpresseur 13, c'est-è-dire en tête du tubage 3, est de l'ordre de 35 à 55 bars. Suivant une variante l'installation pourrait être également adaptée pour la mise en oeuvre du procédé d'activation du type "gas-lift" direct, dans lequel on injecte le gaz sous pression par l'annulaire entre le cuvelage 2 et le tubage 3, le mélange diphasique produit par le puits remontant alors par le tubage. Dans ce cas l'extrémité supérieure du tubage 3 est reliée au séparateur 8 tandis que celle du cuvelage 2 qui est reliée à la sortie du surpresseur 13, présente des orifices d'entrée des gaz. Ce procédé direct permet au cuvelage2 de ne pas se trouver au contact du fluide géothermique et d'être ainsi protégé à l'égard de lå corrosion. Suivant une caractéristique complémentaire de l'in- vention la réserve de gaz 16 peut être également reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation 20 et d'un ensemble 21 de vannes et clapets, à la sortie du surpresseur 13. Avec cette disposition il est donc possible d'utiliser, au démarrage, la réserve de gaz, comme il a été indiqué précédemment. Ensuite on peut, au moyen de l'ensemble 2:1 de vannes et clapets, reconstituer cette réserve de gaz avec les gaz séparés du fluide géothermique si possible à la pression de sortie du surpresseur. De cette façon, à la suite d'un arrêt, le démarrage de l'installation peut être effectué avec le mélange de gaz le mieux approprié, soit directement en aval du surpresseur 13, c'est-à-dire sur la conduite 17 si la pression de la réserve de gaz 16 est suffisante, soit sur la conduite 12 dans le cas contraire. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'activation de puits géothermiques caractérisé en ce qu'on injecte en profondeur, dans le puits géothermique, un gaz sous pression autre que de lrair, on sépare en surface le gaz du fluide géothermique, on comprime le gaz recyclé et on le réinjecte dans le puits géothermique. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que on utilise, comme gaz de travail, le gaz dissous dans le fluide géothermique qui est le plus proche de la saturation. 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise, comme gaz de travail le mélange de gaz qui est extrait du fluide géothermique. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on choisit, pour la pression en tête de puits, une valeur approximativement égale au point de bulle des gaz dissous dans le fluide géothermique. 5,- Installation pour l'activation de puits géothermiques comprenant un casing et un tubing coaxiaux caractéri- sée en ce qu'elle comprend, en surface, un séparateur (8) du fluide diphasique relié à L'extrémité supérieure du cuvelage ou du tubage (2,3), et un surpresseur (13) dont l'ori- fice d'aspiration est relié à la sortie du gaz du séparateur (8) et l'orifice de refoulement est relié à l'extrémité supérieure du tubage (3) ou du cuvelage (2), la sortie du liquide du séparateur (8) étant reliée à un échangeur de chaleur (11), et, dans le puits, des orifices d'entrée du gaz dans la partie inférieure du tubage (3) ou dans la partie supérieure du cuvelage (2). 6.- Installation suivant la revendication 5 caractérisée en ce qu'une réserve de gaz de travail (16) est reliée, par une vanne (15) à une canalisation (12) s'éten- dant entre la sortie du gaz du séparateur (8) et l'orifice d'aspiration du surpresseur (13). 7.- Installation suivant la revendication 6 caractérisée en ce qu'un analyseur de gaz (10) est branché sur la canalisation (12) s'étendant entre le séparateur (8) et le surpresseur (13). 8.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisée en ce qu'un dispositif injectant un inhibiteur de corrosion t19) est branché sur le circuit haute pression du surpresseur (13). 9.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisée en ce que la réserve de gaz de travail (16) est reliée, par une canalisation (20) et un ensemble (21) de vannes et clapets, à la sortie du surpresseur (13).