Brevet FR2603206A1 — publié le 19880304

Dispositif de séparation et d'extraction des composants de densités différentes d'un effluent. La présente invention concerne un dispositif de séparation et d'extraction des composants de densités différentes d'un effluent et, plus particulièrement, un dispositif utilisable dans un forage pétrolier multidrains pour séparer de l'eau du brut constituant principalement l'effluent ayant pénétré dans un puits de forage. Les puits de gaz et/ou d'huile traversent des formations dont un ou des gisements exploités comprennent, outre de l'huile ou du gaz, des produits indésirables tels que de l'eau généralement salée et ce, dans de grandes quantités pouvant atteindre jusqu'à 90 x de l'effluent, surtout vers la fin de l'exploitation du gisement. Divers procédés ont été utilisés pour séparer et extraire l'huile et/ou le gaz de l'eau salée. Un premier procédé consiste à extraire la totalité de l'effluent hors du puits de forage et à séparer les composants en surface. La séparation étant faite par divers moyens tels que par gravité, l'huile et/ou le gaz est récupéré tandis que l'eau salée est réinjectée dans une zone de réinjection le plus souvent à travers un autre puits. Un tel procédé a été abandonne pour des raisons économiques et également pour des raisons techniques compte tenu des énergies à produire pour remonter l'effluent depuis le gisement jusqu'à la surface avant la séparation de l'huile et/ou gaz de l'eau salée. Un deuxième procédé connu consiste à séparer l'huile et/ou le gaz de l'eau au-dessous de la surface du sol de façon que l'huile soit seule remontée en surface, l'eau étant réinjectée dans une formation autour du puits et généralement dans une formation située au-dessus ou au-dessous du gisement à exploiter. Les brevets US 4 241 787 et 4 296 810 concernent un procédé pour extraire de l'huile d'un effluent fluidique contenant à la fois de l'huile et de l'eau, le procédé consistant à amener l'effluent du gisement dans un séparateur disposé dans le puits de forage, à faire passer l'effluent à travers un filtre perméable à l'un des composants et disposé dans ledit séparateur, à maintenir un gradient de pression à travers le filtre, puis à pomper l'huile séparée sur un coté du filtre et à pomper l'eau sur l'autre coté dudit filtre pour la réinjecter dans une zone de réinjection. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé indiqué brièvement ci-dessus, comprend deux pompes montées en parallèle et entrainées à partir d'un moteur électrique unique, la mise sous pression de l'effluent étant réalisée en réponse à la pression développée dans le gisement et à l'aspiration produite par l'ensemble des groupes, à travers le séparateur Toutefois, de tels procédé et dispositif nécessitent une pompe pour chaque composant de l'effluent et l'utilisation d'un séparateur de structure relativement compliquée. En effet, l'effluent doit traverser une première matière filtrante de manière à éliminer les particules solides, comme par exemple des grains de sable, puis des membranes semi-perméables adaptées à chaque composant de l'effluent. En raison de la spécificité même des membranes, il est souhaitable d'en utiliser plusieurs pour chape composant afin d'éviter qu'elles ne se déchirent sous l'action des pressions élevées mises en jeu. L'énergie développée par les pompes doit non seulement être importante pour vaincre la résistance des filtres du séparateur mais doit encore être suffisante pour remonter l'huile extraite vers la surface et rejeter l'eau salée dans la zone de réinjection choisie. D'ailleurs, lorsque l'énergie de réinjection est trop importante, alors il est conseillé de faire également remonter l'eau salée vers la surface, ce qui montre, si besoin est, les limites d'un tel dispositif. Enfin, il n'est pas aisé de remédier aux incidents qui pourraient survenir à l'une des pompes et, plus particulièrement à celle qui est située au niveau le plus inférieur, car il faut remonter d'abord la pompe qui se trouve audessus. Un autre dispositif connu est celui décrit dans le brevet US 3 167 125 où la séparation des composants de l'effluent est réalisée par gravité dans le puits de forage, l'extraction du composant le plus lourd étant effectuée à travers une pompe à tige apte à aspirer ledit composant lourd et à le rejeter dans une zone de réinjection choisie. Le composant plus léger étant remonté en surface par la seule pression existante dans le gisement exploité, toutefois, lorsque la pression du gisement est insuffisante il est alors nécessaire d'utiliser une autre pompe pour extraire ledit composant léger tel que de l'huile. Dans les forages à puits multiples encore appelés multidrains, il peut être difficile, sinon impossible, de réinjecter l'eau salée à travers le drain en exploitation et ce pour des raisons de dimensionnement dudit drain. La présente invention a pour objet un dispositif de séparation in situ des composants d'un effluent, et qui soit capable de réinjecter l'eau salée dans un drain latéral autre que celui en exploitation, l'huile étant remontée en surface à travers le puits mère à partir duquel ont été forés les drains latéraux. Le dispositif selon l'invention est du type comportant des moyens de séparation, par gravité, desdits composants : des moyens d'extraction du composant de plus haute densité , des moyens pour réinjecter le composant extrait dans une zone de réinjection : des moyens pour amener le composant de plus faible densité vers une tète de puits, et il est caractérisé en ce que les moyens de séparation sont constitués par un séparateur distinct fermé logé dans le puits principal, en ce qu'il comprend une pompe unique aspirant l'effluent après introduction dans le drain latéral et amenant ledit effluent dans ledit séparateur dans lequel les composants dudit effluent sont séparés par gravité, ladite pompe maintenant dans ledit séparateur une pression supérieure à la plus forte pression nécessaire pour extraire l'un des composants : au moins un régulateur de sortie du composant de plus faible densité monté dans une conduite d'extraction dudit composant et au moins un régulateur de sortie de l'autre composant monté dans une conduite d'extraction dudit autre composant, et en ce que la réinjection du composant de plus haute densité est effectuée à travers un autre drain de réinjection différent du drain dans lequel est introduit l'effluent. Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'une seule pompe est utilisée aussi bien pour l'alimentation du séparateur en effluent que pour l'extraction de chacun des composants dudit effluent, la réinjection du composé de plus haute densité étant effectuée dans un des drains latéraux du puits mère. Des régulateurs de sortie montés sur les conduites respectives d'extraction autorisent l'extraction de chacun des composants lorsque les conditions normales de fonctionnement sont remplies. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, la réinjection de l'eau est effectuée dans l'aquifère de la zone de production et assez loin du drain en exploitation ce qui permet parfois de créer une poussée latérale de la nappe d'huile vers le drain en exploitation. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description d'un mode préféré de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe schématique d'un puits de forage multidrains la figure 2 est une vue schématique agrandie de la partie inférieure du puits représenté sur la figure 1. En se référant maintenant aux dessins et notamment à la figure 1, une pluralité de formations sont traversées par un puits principal 1 et par des drains latéraux dont deux, 2 et 3, sont représentés. Le forage du puits principal 1 et des drains latéraux est réalisé au moyen de techniques bien connues, comme par exemple celles décrites dans le brevet FR83-13981 . Un tubage externe 4 est cimenté dans le puits principal 1 et reçoit un tubage de production ou interne 5 qui est utilisé généralement pour la remontée et l'évacuation de l'effluent. Dans chacun des drains latéraux 2 et 3 est également cimenté un tubage externe 6, 7. Après que les tubages externes 6 et 7 aient été cimentés, le tubage 6 est perforé dans la zone de production 8 qui est constituée par une couche d'huile supérieure 9 et d'une couche d'eau inférieure 10, les deux couches 9 et 10 étant séparées par un interface matérialisé par une ligne 11. De préférence, la zone perforée 12 du tubage 6 est située au-dessus de l'interface 11 de manière à éviter autant que faire se peut une trop forte remontée de l'eau de la couche 10 dans le puits de forage. Un tel positionnement de la zone perforée 12 est rendu possible par les caractéristiques de la zone de production 8 qui sont déterminées par les procédés connus de forage et/ou de diagraphie. L'importance et un procédé de détermination du niveau maximum qui peut atteindre l'interface 11 sont décrits dans le brevet US 4 019 576. Le positionnement des drains latéraux l'un par rapport à l'autre, et par rapport au puits principal est obtenu au moyen d'un organe de déviation fixé in situ d ans le puits et par un organe de raccordement muni d'une clavette de guidage 13. Tous ces moyens sont décrits et représentés dans le brevet français déjà cité et ne seront donc pas décrits à nouveau. Des perforations sont ménagées dans une zone 14 du drain latéral 3, ladite zone étant située dans l'aquifère ou couche 10 de façon que la réinjection d'eau soit effectuée dans ladite couche 10, mais assez loin du drain latéral 6 afin de ne pas accroitre le cone d'eau qui se forme entre les couches 9 et 10. L'effluent qui est un mélange d'huile provenant de la couche 9 et d'eau provenant de la couche 10 passe à travers la zone perforée 12 pour s'introduire dans le drain latéral 6. Le dispositif selon l'invention représenté dans son ensemble par la référence 15 est disposé dans le puits principal 1 au-dessus des drains latéraux 2 et 3. Un organe de support et de positionnement 16 est prévu dans le dispositif de manière à positionner correctement ce dernier par rapport au drain 2 en exploitation, un tel positionnement étant obtenu grâce à la clavette de guidage 13 de la façon indiquée dans le brevet français déjà cité. Une pompe électrique 17 solidaire du support 16 aspire l'effluent introduit dans le drain 2 à travers une conduite d'aspiration 18 pour alimenter en effluent un séparateur 19 également solidaire du support 16 à travers une conduite d'alimentation 20. Parmi les caractéristiques mesurées par les procédés connus, mentionnés précédemment, figurent celles relatives aux pressions développées dans les différentes couches de la zone de production, lesdites caractéristiques permettant de déterminer les énergies qu'il y a lieu de produire pour remonter l'huile vers une tête de puits 21 ancrée à la surface du sol 22, et pour réinjecter l'eau dans l'aquifère 10. La pompe 17 maintient l'effluent sous pression dans le séparateur 19, ladite pression étant en permanence détectée et mesurée par un détecteur 23 disposé à la partie supérieure du séparateur 19. Les composants de l'effluent se séparent, dans le séparateur 19, par gravité en raison de leur densité différente. L'eau 24 qui est plus lourde s'accumule dans la partie inférieure du séparateur 19, et l'huile 25 qui est plus légère s'accumule dans la partie supérieure dudit séparateur 19. Une conduite d'extraction d'eau 26 plonge par une extrémité recourbée 27 dans l'eau 24. L'autre extrémité 28 de la conduite 26 débouche dans le drain latéral 3. Un régulateur de sortie d'eau 29 est monté sur la conduite 26 et il est commandé notamment par un détecteur 30 de niveau maximum d'eau dans le séparateur 19. Un conducteur électrique 31-relie le régulateur 29 au détecteur 30. Un détecteur 32 de niveau minimum d'eau est monté dans le séparateur 19 et il est relié au régulateur de sortie d'eau 29. Une conduite d'extraction d'huile 33 débouche par une de ses extrémités 34 dans le séparateur 19 et elle est reliée par son autre extrémité au tubage interne 5. Un régulateur de sortie d'huile 35 est monté sur la conduite 33 et il est relié aux détecteurs 30 et 32 par des conducteurs électriques qui ne sont pas représentés. Un régulateur de sortie de gaz 36 peut éventuellement être monté sur une conduite d'évacuation de gaz dont seule une partie 37 est représentée sur la figure 2. Un détecteur 38 de qualité de l'eau est monté, à l'extérieur du séparateur 19 et sur la conduite 26, de manière à pouvoir controler en permanence la pureté de l'eau qui est réinjectée dans l'aquifère 10, et couper si besoin est le fonctionnement du régulateur 29. Les différents conducteurs électriques qui ne sont pas représentés sur les dessins à l'exception du conducteur 31 mais qui sont nécessaires pour l'alimentation électrique de la pompe 17 et/ou pour véhiculer les ordres de commande aux différents organes fonctionnant électriquement pourraient être, de préférence, rassemblés sous la forme de faisceau qui serait protégé par une gaine étanche remontant vers la tête de puits 21. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant L'effluent de la zone de production 8 pénètre dans le drain latéral 2 par la zone perforée 12. L'effluent est ensuite aspiré par la pompe 17 qui alimente le séparateur 19 par la conduite 20. L'énergie délivrée par la pompe 17 est telle qu'elle permet la réinjection de l'eau dans la zone de réinjection et la remontée de l'huile dans le tubage interne 5. Pour cela, on détermine, à l'avance la plus forte pression à fournir. Le choix de la localisation de la zone de réinjection permet également de savoir à quelle pression il faut réinjecter l'eau, laquelle pression est par exemple de 100 bars. Par ailleurs, si la colonne d'huile dans le tubage interne 5 équivaut à une pression de 80 bars, alors on choisira une pompe 17 qui fournira une énergie supérieure à 100 bars de manière à avoir la certitude que la pression nécessaire à la réinjection de l'eau sera suffisante, celle, plus basse, nécessaire à la remontée de l'huile dans le tubage interne 5 étant également assurée. La mise sous pression de l'effluent dans le séparateur 19 est contrôlée en permanence par le détecteur 23 et permet de modifier l'énergie fournie par la pompe 17 tout au long de l'exploitation de la zone de production dont les conditions physiques peuvent changer au cours du temps. La séparation entre l'eau et l'huile est réalisée par gravité dans le séparateur, l'eau, plus lourde, s'accumulant dans la partie inférieure du séparateur et l'huile, plus légère, s'accumulant dans la partie supérieure. Pendant la séparation, les régulatours hydrauliques de sortie d'eau 29 et de sortie d'huile 35 sont fermés. Lorsque le niveau d'eau atteint le détecteur 30, celui-ci commande l'ouverture des régulateurs 29 et 35. L'eau est alors aspirée par l'extrémité 27, passe dans la conduite 26 puis est introduite dans le drain latéral 3 avant d'être réinjectée dans l'qui fère 10 à trax rs la zone perforée 14. L'huile du séparateur 19 passe dans la conduite 33 et remonte vers la tete de puits 21 à travers le tubage interne 5. Si la qualité de l'eau réinjectée n'est pas assez bonne, le détecteur 38 ferme les régulateurs 29 et 35 et les préposés à la surveillance interviennent pour améliorer la séparation des composants dans le séparateur 19, par exemple en ne permettant l'ouverture des régulateurs 29 et 35 qu'après un temps plus long et ce même si l'eau atteint le détecteur 30. Lorsque le niveau de l'eau dans le séparateur atteint celui du détecteur 32, ce dernier ferme les régulateurs 29 et 35 et le cycle d'alimentation du séparateur 19 en effluent recommence. Par un choix judicieux de l'endroit de réinjection de l'eau et en fonction de la géométrie de la zone de production 8, on peut faire en sorte que la réinjection de l'eau dans l'aquifere 10 provoque une poussée latérale dans la couche d'huile 9. Dans tout ce qui précède on s'est référé à une réinjection dans l'aquifère 10 de la zone de production 8, mais il est bien évident que la réinjection peut être effectuée dans une zone de réinjection différente de la zone de production et, par exemple, située au-dessous de cette dernière. Dans ce cas, il faudra prévoir en conséquence le forage du drain latéral 3. REVENDICATIONS 1. Dispositif de séparation et d'extraction des composants de densités différentes d'un effluent disponible dans une zone de production (8) d'un puits pétrolier multidrains comprenant un puits principal (1) et des drains latéraux (2, 3) qui sont chacun munis d'un tubage externe (4, 6, 7), au moins un tubage externe (6) d'un drain latéral (2) étant perforé dans une partie située dans la zone de production (8), du type comportant des moyens de séparation (19) par gravité desdits composants , des moyens d'extraction (17) du composant de plus haute densité, des moyens (17) pour réinjecter le composant extrait dans une zone de réinjection (5), des moyens (17) pour amener le composant de plus faible densité vers une tête de puits (21), caractérisé en ce que les moyens de séparation sont constitués par un séparateur distinct fermé (19) logé dans le puits principal (1), en ce qu'il comprend une pompe unique (17) aspirant l'ef- fluent après introduction dans le drain latéral (2) et amenant ledit effluent dans ledit séparateur (19) dans lequel les composants dudit effluent sont séparés par gravité, ladite pompe maintenant dans ledit séparateur une pression supérieure à la plus forte pression nécessaire pour extraire l'un des composants au moins un régulateur de sortie (29) du composant de plus faible densité monté dans une conduite d'extraction (26) dudit composant et au moins un régulateur de sortie (35) de l'autre composant monté dans une conduite (33) d'extraction dudit autre composant, et en ce que la réinjection du composant de plus haute densité est effectuée à travers un autre drain latéral de réinjection différent du drain dans lequel est introduit l'effluent. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le drain latéral de réinjection (3) comprend une partie perforée (14) située dans une couche d'eau (10) comprise dans la zone de production (8) et au-dessous d'une couche d'huile (9) à exploiter. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, des détecteurs de niveaux haut (30) et bas (32) du composant de plus haute densité. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins un détecteur (38) de qualité d'un des composants extraits. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un détecteur (23) de pression intérieure du séparateur (19). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le drain latéral de réinjection (3) débouche dans une zone de réinjection différente et située au-dessous de la zone de production (8). 7. Procédé de séparation et d'extraction de composants de densités différentes d'un effluent produit dans un puits de forage multidrains comportant un puits principal et des drains latéraux, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire l'effluent à l'intérieur d'un drain latéral, à aspirer ledit effluent à travers ledit drain latéral pour alimenter un séparateur disposé dans ledit puits principal, à maintenir 1'effluent sous pression dans ledit séparateur, à laisser les composants se séparer par gravité dans ledit séparateur, à commander l'extraction des composants lorsqu'un des composants atteint un niveau prédéterminé dans ledit séparateur, à réinjecter le composant de plus haute densité à travers un autre drain latéral de réinjection, et à faire remonter le composant de plus faible densité vers des moyens de récupération en surface du puits. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à réinjecter le composant de plus haute densité dans une couche de même nature que le composant à réinjecter et située dans la zone de production. 9. Procédé selon les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'extraction des composants est arrêtée lorsqu'un desdits composants atteint un niveau inférieur prédéterminé.