Brevet FR2599424A1 — publié le 19871204

La présente invention concerne un procédé et une installation de stimulation d'un puits géothermique artésien. On connatt actuellement divers procédés et installations pour l'activation de puits géothermiques artésiens. Toutefois ces procédés entraident un certain nombre d'incon- vénients. En effet le procédé d'activation d'un puits géothermique artésien au moyen d'une pompe immergée, avec un moteur immergé ou en surface, présente un manque de fiabilité au contact aes fluides géothermaux, du fait oe la température, de la composition chimique etc. de ceux-ci. D'autres procédés d'activation connus, qui consistent à injecter un gaz sous pression dans le puits, peuvent se heurter à des problèmes énergétiques (puissance de compression) ou de corrosion et de dépôts qui sont principalement causés par "l'air lift. Les fluides géothermaux, équilibrés avec différents minéraux dans les conditions de pression et de température de la formation, se trouvent déstabilisés par l'exploitation géothermique. De ce fait des dépôts résultant des variations de température, de pression ou d'autres facteurs (activité bactérienne, dégazage non contrôlé, corrosion...), se retrouvent systématiquement sur les cuvelages de puits, sur la boucle en surface (échangeurs..), dans la formation et ces dépôts entraînent des surcoûts d'exploitation très pénalisants. Le principe mis actuellement en oeuvre pour l'ex ploitttion de l'énergie géothermique consiste à maintenir le fluide géothermique sous des pressions toujours supérieures à celle de son point de bulle, et de réinjecter ensuite la totalité du fluide dans la formation. Toutefois ce mode de production ne supprime pas la formation de dépôts et actuellement ce nombreux puits présentent une dégradation de leurs propriétés hydrauliques. Différents traitements de ces puits géothermaux par addition de produits ont été expéri entées mais es traitements sont effectués avec une contrepression en tête de puits, ce qui entraîne une réduction de la production. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un procédé relativement simple à mettre en oeuvre, à faible coût énergétique et permettant de protéger l'ensemble de l'installation à l'encontre de dépôts indésirables et nuisibles. A cet effet ce procédé de stimulation d'un puits géothermique artésien est caractérisé en ce que l'on dépréssurise le fluide géothermal, en tête du puits de prodution, à une valeur de rontre-pression inférieure à la pression de point de bulle du fluide géothermal et on injecte au moins un produit traitant à une certaine profondeur dans le puits de production. Ainsi le procédé suivant l'invention met en oeuvre en combinaison une dépressurisation en tête de puits, permettant le dégazage et l'activation naturelle du réservoir, et un contrle des conséquences chimique du dégazage. Le dégazage est réalisé dans un séparateur décanteur qui permet l'abattement des teneurs en H25 dissous et C02 dissous à des niveaux très bas. Dans ces conditions les dépôts sulfurés et/ou carbonatés ne peuvent plus s'accomplir en aval du séparateur - décanteur où s'effectue le dégazage même lors de la chute de température causée par l'échangeur de chaleur que comporte l'installation. Une sécurité supplémentaire dans la prévention des dépôts sulfurés est obtenu par l'addition de bactéricide qui empêche la réduction bactérienne de sulfate en sulfure. Les conditions thermodynamiques de dépôts se trouvent alors exclues dans la boucle de surface et dans la formation après la réinjection. Le pH et la pression du fluide sont contrôlés et régulés dans l'installation de surface. Trois configurations possibles se présentent en ce qui concerne le procédé et l'installation, en fonction du rapport entre le débit artésien du puits et les besoins éneryetiques en surface , suivant que le débit artésien est suffisant, léyèrement insuffisant ou trop faible. Dans tous les cas on utilise un séparsteur-décånteur en surface et un dispositif d'injection de produit traitant approprié dans le puits de production. Du fait que le procédé suivant l'invention ne nécessite plus de pompe immergée dans le puits, les chambres de pompage dimensionnées à cet effet (cuvelage de grand diamètre) peuvent être rechemisées aven des matériaux résistant à la corrosion (alliages, matériaux composites...). On décrira ci-apràs,à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma synoptique d'une installation mettant en oeuvre le procédé de stimulation d'un puits yéothermique artésien suivant l'invention, dans le cas d'un débit artésien suffisant. La figure 2 est un schéma synoptique d'une variante d'exécution de l'installation utilisable lorsque le débit artésien est insuffisant. Le procédé et l'installation suivant l'invention sont destinés à assurer la stimulation d'un puits géothermique artésien 1 comportant de la manière habituelle un cuvelage 2. Ce cuvelage 2 du puits est prolongé pdr un cuve- lage rapporté 3 logé dans une chambre de pompage 4. L'installation comporte, en surface, un dispositif 5 d'injection d'un ou plusieurs produits traitants appropriés à une certaine profondeur, dans le puits de production 1. Ce dispositir comporte des bacs 6,7,8, contenant par exemple, un inhibiteur de croissance minérale, un bactéricide et un acide, ces bacs de stockages 6,7,8 étant reliés, par l'intermédiaire de canalisations respectives sur lesquelles sont branchées des pompes doseuses 9,10,11, à une canalisation d'injection 12. Dans certains cas, avec des produits mixtes une seule pompe doseuse peut être employée. La canalisation 12 s'étend vers le bas, dans le cuvelage rapporté 3, jusqu'à une profondeur appropriée. L'extrémité supérieure du cuvelage rapporté 3 est reliée, par une canalisation, à un sUparateur-déeanteur 13 Suivant l'invention la pression P en tête du puits de production 1 est ajustée à une valeur inférieure à la pression du point de bulle Pb du fluide géothermal. Cette contre-pression P en tête de puits, laquelle est supérieure ou non à le pression atmosphèrique, permet d'obtenir un débit de fluide adapté aux besoins thermiques en surface. Le fluide géothermal oiphasique, contenant ou non des micro particules, arrive ainsi au séparateur-déca-nteur 13 à ur e pression qui est réglée pour obtenir le débit nécessaire. Dans le séparateur-déeanteur 13 les particules solides sédimentent et sont régulièrement évacuées par un accès 14. Par ailleurs la phase liquide sortant du séparateur-décanteur 13 est reprise par une pompe de gavage 15, elle passe à travers un filtre 16 et cède ensuite sa eha- leur au fluide secondaire de l'installation, dans un échangeur de chaleur 17. Le liquide est mis ensuite sous pression par une pompe de réinjection 18 qui permet son retour dans le réservoir à travers un puits de réinjection i9. Les gaz qui sont séparés dans le séparateur-déean- teur 13 sont repris par une pompe 20 et ces gaz sont amenés à passer dans un dispositif de traitement optionnel 21 permettant la concentration en espèces utiles ( hélium, NaHS, eHC03..). Les gaz majeurs étant le dioxyde de carbone, les alcanes légers et l'azete, alors que les gaz sous forme de traces sont constitués par l'hydrogène sulfuré, l'hélium et l'argon, le dispositif 21 assure l'épuration de C02 et H25, avec récupération éventuelle, l'utilisation éventuelle des hydrosarUures et la fourniture d'un mélange enrichi en hélium. Le piégeage de C02 et H2S par la soude, simultanément ou non assure une production de NdHS et haHC03 à partir de NaûH. Après cette séparation, de façon optionnelle, les hydrocarbures peuvent être biglés dans une chaudière, les produits de combustion et les imbrfllés constituant alors un mélange pauvre en hélium. Inversement la récupération de l'hélium peut se faire sur le mélange d'alcanes, d'azote, et d'hélium, au détriment de la combustion, à partir d'un mélange plus riche. L'installation peut comporter une bande de réaction agissant sur le dispositif 5 d'injection des produits traitants. Cette boucle comprend un dispositif 22 mesurant les caractéristiques physicochimiques du fluide géothermal dans son ensemble, en amont du séparateur-déeanteur 13, et de la phase liquide en aval de eelui-oi. Ce dispositif commande d'une manière appropriée les pompes doseuses 9,10,11, pour assurer l'injection des quantités correctes de produit traitant. Si le débit du puits géothermique artésien est à peine suffisant, on peut envisager d'augmenter faiblement ce débit de deux façons distinctes. En premier lieu on peut maintenir dans le séparateur-décanteur 13, une pression P inférieure à la pression atmosphérique, grâce à l'action des pompes 15 et 20, qui stimulent le puits à la fois en diminuant la contre- pression P en tête et en augmentant le volume ét le nombre de moles de gaz séparé. Un séparateur baromètri:ue est envisagé dans certain cas. On peut également injecter, en plus oes inibiteurs et bactéricides, un acide, à partir du bac 8, par la pompe 11, ce qui permet à la fois d'augmenter la valeur de la pression du point de bulle Pb et le aégazage du fluide. Lorsque le débit artésien est nettement insuffisant, le puits ae production 1 nécessite alors un surplJs d'acti- vation et ceci peut être effectué ainsi qu'il est illustré schématiquement sur la figure 2. Dans ce cas on stimule le dégazage par injection d'une partie ou de la totalité du gaz séparé dans le séparateur-décanteur 13. Ce gaz peut être traité préalablement par le dispositif 21, avant d'être injecté dans le puits afin d'éliminer la fraction en hydrogène sulfuré ou récupérer des substances utiles. Ce dispositif de traitement 21 est relié, par une canalisati!)n sur laquelle est branchée une vane 23 à un compresseur 24 dont la sortie est reliée à la canalisation 12 d'injection de produit traitant. Le compresseur 24 qui est entrainé par un moteur 25, permet d'injecter le gaz récupéré sous pression pour stimuler le puits 1. Dans certains cas, en particulier dens le cas de manque de gaz, on peut utiliser les gaz de combustion sortant du moteur thermique 25, pour les injecter en supplément nu à la place des gaz géothermiques. Ceci peut être réalisé au moyen d'une canalisation d'échappement 26, recueillant les gaz de combustiondu moteur 25 et qui est reliée à travers une vanne 27, à l'orifice d'aspiration du compresseur 24. Le dispositif de traitement est adaptdble à des puits équipés de pompes immergées et dans ce cas l'injection du produit de traitement se fait sous la pompe immergée, le reste de la boucle demeurant inchangée. REVENDICATlONS 1.- Procédé de stimulation d'un puits géothermique artésien caractérisé en ce que l'on dépressurise le fluide géothermal, en tête du puits de production, à une valeur de contre-pression inférieure à la pression de point de bulle du fluide géothermal et on injecte au moins un produit traitant à une certaine profondeur dans le puits de production. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que dans le cas où le débit artésien du puits est nettement insuffisant on stimule le puits par injection dans le puits d'une partie ou de la totalité du gaz séparé obtenu par le dégazage résultant de la dépressurisation. 3.- lnstallation de stimulation d'un puits géothermique artésien est caractérisé en ce qu'elle comprend dans la boucle de surface, un séparateur-décanteur (13) dans lequel est maintenu une pression P) inférieure à la pression de point de bulle (Pb) du fluide géothermal et un dispositif (5) d'injection d'au moins un produit traitant tel qu'un inhibiteur de croissance, un bactéricide, un acide, lequel est relié à une canalisation d'injection (12) s'étendant vers le bas, dans le puits (1), jusqu'à une profondeur appropriée. 4.- Installation suivant la revendication3 caractérisée en ce que la séparation-décanteur (13) est relié, par une pompe (20), à un dispositif de traitement (21) permettant la concentration en espèces utiles. 5.- Installation suivant le revendication 4 caractérisée en ce que le séparateur-décanteur (13) est relié, éventuellement par l'intérmédiaire du dispositif de'trai- tement (21), à un compresseur (24) entraîné par un moteur (25), pour injecter dans le puits une partie ou la totalité du gaz séparé dans le séparateur-décanteur (13). 6.- Installation suivant la revendication 5 caractérisée en ce que le moteur (25) est un moteur thermique et sa canalisation d'échappement est reliée à travers une vanne (27), à l'orifice d'aspiration du compresseur.