Brevet FR2621646A1 — publié le 19890414

- 1 - La présente invention concerne un procédé et un ensemble pour manoeuvrer au moins un dispositif situé dans un puits, ce puits pouvant comporter au moins une section fortement inclinée par rapport à la verticale, voire horizontale. IL est connu de manoeuvrer des dispositifs situés dans un puits en laissant descendre par gravité des organes de commande qui au niveau des dispositifs, déclenchent le fonctionnement de ces derniers. Cependant de tels organes ne sont pas utilisables pour le déclenchement de dispositifs situés dans des sections de puits fortement inclinées et restent dans le puits après déclenchement. On sait récupérer dans un puits certains de ces organes de commande en utilisant la technique de travail au câble nommée en anglais "wire Line", mais cette technique ne s'applique pas aux puits fortement inclinés. Il est aussi connu de commander des dispositifs en pompant dans un premier sens depuis la surface un organe de commande adapté à coopérer avec ces dispositifs pour les déclencher, puis d'inverser le sens de pompage pour remonter l'organe à la surface. Cependant de tels organes, qui sont utilisables dans tes puits fortement inclinés, voire horizontaux, nécessitent que le pompage puisse s'effectuer suivant deux sens opposés. Par suite, un objet de la présente invention est de fournir un ensemble et un procédé de manoeuvre qui ne présentent pas les -2- inconvénients précédemment cités et qui permettent notamment de commander sélectivement un grand nombre de dispositifs, tels des vannes, mettant en communication avec un tubage des parties du sol sensiblement isolées hydrauliquement, au moins au niveau du puits. L'invention fournit un procédé pour manoeuvrer au moins un dispositif à l'intérieur de ce premier tubage de puits dans le sol, une partie inférieure du premier tubage étant hydrauliquement reliée à un conduit débouchant à la surface du sol, le dispositif étant commandé par un organe. Ce procédé est notamment caractérisé en ce qu'on utilise un organe adapté à le descendre dans le premier tubage par pompage hydraulique, en ce qu'on attache à l'extrémité supérieure dudit organe de commande un câble relié à la surface du sol, et en ce qu'on remonte l'organe de commande en réalisant une traction sur le câble. Lorsque le premier tubage comprend plusieurs dispositifs comportant chacun un siège de clé, on pourra équiper l'organe de commande d'un pène de clé adapté à coopérer avec le siège d'un dispositif sélectionné parmi lesdits différents dispositifs, et on pourra manoeuvrer l'organe de manière que le pène coopère avec le siège pour manoeuvrer sélectivement ledit dispositif sélectionné. Appliqué à la complétion sélective multiple de formations géologiques traversées par le puits, au moins deux dispositifs pourront comporter chacun une vanne adaptée à mettre en communication des parties extérieures au puits avec l'intérieur du premier tubage, lesdites parties extérieures étant sensiblement isolées hydrauliquement les unes des autres, et on pourra manoeuvrer les vannes au moyen de l'organe de commande. On pourra disposer dans le conduit une pompe adaptée à améliorer la production d'effluents des formations traversées par le puits. -3- On pourra appliquer le procédé à la production d'effluents pétroliers. On pourra appliquer Le procédé à la production sélective et évolutive d'effluents de formations géologiques traversées par le puits. L'invention fournit également un ensemble pour manoeuvrer au moins un dispositif situé dans un puits, l'ensemble comportant un premier tubage de puits dont une partie inférieure est hydrauliquement reliée à un conduit débouchant à la surface du sol. Cet ensemble est notamment caractérisé en ce que le dispositif est adapté à être commandé par un organe adapté à descendre dans le premier tubage au moyen d'un pompage hydraulique, l'organe de commande étant reLié à la surface du sol par un câble. Lorsque l'ensemble comporte plusieurs dispositifs, chacun des dispositifs pourra comporter un siège de cLé adapté à coopérer avec un pêne de cLé interchangeable solidaire de l'organe de commande. Lorsque l'ensemble est appliqué à la compLétion sélective multiple de formations géologiques traversées par le puits, deux au moins des dispositifs pourront comporter au moins deux vannes adaptées à mettre en communication des parties extérieures au puits avec l'intérieur du premier tubage, Les parties étant sensiblement isoLées hydrauliquement les unes des autres. On pourra appliquer le procédé ou l'ensemble à un puits comportant au moins une section fortement inclinée par rapport à la verticale, voire horizontale. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit dont un exemple de réalisation est illustré par les figures annexées parmi lesquelles: - 4 - - la figure 1 représente en coupe un puits équipé de L'ensembLe seLon L'invention, - la figure 2 montre en détaiL L'ensemble au niveau d'un dispositif à manoeuvrer, au cours de la manoeuvre de ce dispositif. - la figure 2A montre en détail les clapets anti-retour des séries d'orifices du corps d'une vanne. Sur la figure 1 le puits comportant une partie fortement inclinée sur la verticale, voire horizontale, et équipé de l'ensemble selon l'invention est exploité à partir de la surface du sol. Ce puits 1 comporte sur une certaine longueur un cuvelage 2 à l'intérieur duquel se trouve un premier tubage 3 et un conduit 4. Le puits 1, qui traverse des formations géologiques dont on veut produire des fluides, forme avec ces formations, différentes zones de production 30, 31, 32, 33 isolées les unes des autres par des moyens adaptés tels un joint cimenté 6, et des joints annulaires d'étanchéité 7, 8, 9 du type packer. Collatéralement à des moyens d'étanchéité disposés entre le cuvelage 2 et le puits 1 sont disposés des moyens adaptés à réaliser une étanchéité entre l'intérieur du cuvelage d'une part et le premier tubage 3 et le conduit 4 d'autre part. Ces moyens 6a, 7a, 8a, 9a assurant l'étanchéité interne avec le cuvelage, situés respectivement sensiblement au droit des joints 6, 7, 8, 9, sont par exemple du type packer double. Chacune des zones de production 30, 31, 32 communique avec des zones intérieures au cuvelage 2 par des orifices 13, 15, 17 respectivement. On peut faire communiquer cette zone à volonté avec l'intérieur du premier tubage 3 par des vannes de circulation, telles des vannes à chemises coulissantes, 14, 16, 18 respectivement. 262 1646 -5- En production, les vannes 14, 16, 18 sont normalement dotées de clapets anti-retour empêchant la circulation de fluide du tubage vers les formations, mais on pourra très bien supprimer ces clapets, lorsque, par exemple, on voudra procéder à la fracturation d'une zone. L'extrémité inférieure du premier tubage 3 et l'extrémité inférieure du conduit 4, comportent une vanne 10, 11 commandable à distance, tel des vannes à chemise coulissante semblables aux vannes 14, 16, 18 et permettant de mettre en communication la partie inférieure 33 du puits 1 avec le tubage 3, et le conduit 4, soit pour produire les fluides du fond du puits (par le tubage 3) soit pour les besoins de l'exploitation normale du puits. Le conduit 4 relié au premier tubage 3 par l'élément de liaison hydraulique 12 comporte, disposée à l'altitude requise, une pompe 19 de circulation qui aspire le fluide des formations et le refoule à la surface du sol par la bouche 20. La position de la pompe 19 dans le puits pourra être située sensiblement au dessous du niveau dynamique d'une formation en production. Selon l'invention le sens de circulation du fluide de la pompe peut être unique et ascendant. Les vannes 10, 14, 16, 18 sont sélectivement commandées depuis la surface du sol par un organe 21 descendu par un pompage hydraulique produit avec une station de pompage 29 reliée au premier tubage par une canalisation 28. L'organe 21 de commande est relié, au cours de la descente, à un câble 22 traversant un presse-étoupe 23, de manière que la descente de l'organe 21 s'effectue selon une technique analogue à celle des outils pompés, couramment appelée technique TFL (de l'anglo-saxon "Through Flow Line"). Apres avoir traversé le presse-étoupe 23, le câble 22 est repris par deux poulies de renvoi qui le dirigent vers un treuil 26 commandé par le poste 27. 26 2 1 6 4 6 - 6 - L'organe 21 est descendu dans le premier tubage 3 par pompage hydraulique d'un fluide, tel une huile dégazee, puis remonté par le câble 22 qui est tiré par le treuil 26. L'organe 21 est déplacé de manière à commander l'ouverture et/ou la fermeture des vannes de circulation 10, 14, 16, 18, ou de tout autre dispositif, d'une manière rapide qui ne nécessite pas de grosse opération, telle que par exemple le déplacement de la pompe 19. La mise en oeuvre de l'organe 21 de commande s'effectue comme suit: On introduit à la partie supérieure du premier tubage 3, l'organe de commande 21 relié à son extrémité supérieure au câble 22. On met ensuite en place le presse-étoupe 23 autour du câble 22 à l'embout supérieur du premier tubage 3. Puis, l'extrémité supérieure du premier tubage 3 étant reliée par la canalisation de pompage 28 à la station 29, on injecte le fluide de pompage de manière à déplacer l'organe 21 de commande vers sa position de travail. Le câble se dévide alors dans le premier tubage 3 à la suite de l'organe de commande jusqu'à ce que l'organe coopère avec le dispositif devant être manoeuvré. Le dispositif tel que l'une des vannes de circulation 14, 16, 18, 10 ou tout autre appareillage, tel des dispositifs de mesure, des outils ou des instruments, est manoeuvré par pompage prolongé et/ou par traction sur le câble 22. L'organe 21 ayant opéré sa manoeuvre, on le remonte 21 à la surface du sol en actionnant le treuil 22 qui produit une traction ascendante. L'organe pourra aussi être temporairement placé au fond du premier tubage au-delà de l'embranchement de l'élément de liaison hydraulique. -7- On pourra, avec un organe 21 adapté, réaliser Les manoeuvres de plusieurs dispositifs sans être obligé de remonter l'organe 21. Les dispositifs pourront être manoeuvrés au cours de la descente de l'organe 21 de commande vers le fond du puits et/ou au cours de sa remontée du fond du puits. A cet effet, l'organe et le dispositif comporteront les parties de clés conjuguées nécessaires. De la même manière que l'on manoeuvre les dispositifs à partir de l'organe de commande relié par un câble à La surface, on pourra mettre en place des outils ou instruments dans le tubage, en réalisant des mouvements de l'organe dans l'un et/ou l'autre sens à partir des commandes de pompage et/ou de traction sur le câble. Le câble 22 pourra comporter des conducteurs électriques adaptés à transmettre des informations ou à commander l'organe 21, notamment commander sa coopération avec le dispositif à manoeuvrer. La figure 2 montre l'organe de commande 21 coopérant avec la vanne 16 à chemise coulissante pour produire l'arrêt de la production de la deuxième zone de production 31. L'organe de commande 21 comporte un corps 35 ne laissant pas passer notablement de fluide à son travers lorsqu'aucune traction n'est effectuée sur le câble 22. L'étanchéité extérieure de l'organe 21 avec l'intérieur du premier tubage 3 est réalisée par un élément 36. Le corps 35 comporte en outre un pène 37 de clé adapté à coopérer avec un siège 38 de clé solidaire de la vanne 16 pour effectuer la sélection de la vanne à manoeuvrer, le positionnement de la chemise 39 de la vanne 16 et ainsi la fermeture de la vanne. Les fonctions de localisation et de déplacement par le pène de clé pourront être réalisées par des éléments séparés. -8- La chemise 39 comporte en outre un deuxième siège 40 adapté à coopérer avec un pène de clé adapté pour l'ouverture de la vanne 16. Une série d'orifices 41 percés dans la chemise 39 permettent ou non, selon la position de la chemise 39, le passage de fluide entre l'extérieur et l'intérieur du premier tubage 3. Pour obtenir l'ouverture ou la fermeture de la vanne 16, on réalise un coulissement de la chemise 39, par rapport au corps 42 de vanne solidaire du premier tubage 3, entre deux positions définies par l'introduction de l'ergot élastique 43 dans les rainures 44. Selon la position, la série d'orifices 45 située dans le corps 42 de vanne se trouve ou non en face de la série d'orifices 41 située dans la chemise 39. L'étanchéité entre la chemise 39 et le corps 42 de vanne est assurée par les joints 46. Les orifices 45 débouchent dans un clapet anti- retour 47 qui évite l'injection du fluide de pompage dans les couches productrices, tout en autorisant la production de fluide provenant de ces mêmes couches. La liaison du câble 22 à l'organe de commande 21 comporte un point faible en traction dont la résistance est sensiblement inférieure à la limite élastique en traction du câble 21, mais nettement supérieure à la tension de cisaillement de la goupille 52, de façon à permettre le retrait du câble 22, en cas de coincement de l'organe 21 et autoriser le repêchage de ce dernier. L'organe de commande 21 comporte un nez 48 permettant l'éventuel repêchage de l'organe et des moyens adaptés à permettre une circulation de fluide au travers de l'organe au-dessus d'un certain seuil de traction exercé sur le câble, cette circulation s'effectuant au moins de la partie supérieure de l'organe vers la partie inférieure de l'organe, cette dernière partie étant tournée vers le fond du puits. Ces moyens comportent un obturateur 49 coopérant avec un siège 50 en 2621 6 46 _- 9 _ position fermée et couLissant sur des guides 51 Lorsque La goupille 52 immobilisant L'obturateur 49 s'est cisaiLLée sous L'action de l'effort prédéterminé de traction exercé par Le câble 22 sur l'organe 21. La course de l'obturateur en position ouverte est Limitée par une butée 53. Pour fermer la vanne 16 à chemise coulissante, on descend, par un pompage hydrauLique, L'organe de commande 21 jusqu'à ce que Le pène 37 de cLé coopère avec Le siège 38 conjugé de clé, puis on arrête la circulation de fluide de pompage et on exerce une traction adaptée sur le câbLe 22, de manière à fermer la vanne 16. Pour remonter l'organe 21 de commande, on exerce sur Le câble 22 une traction adaptée supérieure à la traction de fermeture de la vanne, de manière que le pène 37 en s'effaçant se libère du siège 38, et qu'éventuellement la goupille 52 soit cisaillée, permettant la mise en action des moyens de circulation interne de l'organe. La libération entre le pène 37 et le siège 38 s'effectue, par exemple, en fin de traction sur le câble 22, par la coopération du chanfrein 54 de la vanne 16 avec le biseau 55 du pène 37 qui produit l'effacement du pène 37 dans son logement 56, par applatissement du ressort de rappel 57 et par suite le dégagement de l'organe de commande 21. La remontée de l'organe 21 à la surface du sol s'effectue par une traction prolongée sur le câble 22. Pour ouvrir la vanne, on équipe l'organe 21 avec le pène de clé adapté à coopérer avec le siège 40, on descend par pompage hydraulique l'organe jusqu'à ce que le pène 37 et le siège 40 coopèrent ensemble, on prolonge le pompage jusqu'à fermer la vanne 16. La remontée de l'organe à la surface du sol s'effectue de la même manière que précédemment, par traction sur le câble 22. - 10 -4 Une fois que les vannes 10, 14, 16, 18 sont placées dans les positions désirées d'exploitation, et qu'éventuellement l'organe 21 est remonté, on met en fonctionnement la pompe 19 pour que les fluides des formations sélectionnées puissent pénétrer dans le tubage 3, aller jusqu'à l'élément de liaison hydraulique 12, et remonter par le conduit 4, en passant au travers de la pompe 19, vers la bouche 20. Le premier tubage 3 pourra aussi être équipé d'une pompe capable de suppléer la pompe 19 du conduit 4. La pompe 19 pourra être une pompe centrifuge ou une pompe à tiges, adaptée à coopérer avec le conduit 4 pour sa mise en place et son utilisation. On ne sortira pas du cadre de la présente invention en remplaçant la pompe 19 par tout moyen de pompage adapté tel une vanne dite de "gas lift". Le conduit 4 pourra comporter un siège adapté à coopérer avec la pompe, ainsi que tout autre organe ou dispositif, tel que par exemple, un outil ou un organe de mesure. On pourra adapter la commande de l'effacement des pènes pour qu'au cours d'un cycle (descente et remontée) unique, plusieurs vannes ou dispositifs soient commandés. Sans sortir du cadre de la présente invention, on pourra appliquer le procédé et l'ensemble de manoeuvre selon l'invention à des puits sousmarins. L'organe de commande pourra comporter des articulations, de manière qu'il puisse circuler dans des tubages de faible rayon de courbure. L'organe pourra comporter des éléments d'étanchéité 36 situés de part et d'autre du pène 37 et- comporter des outils tels qu'une coulisse de battage. Comme pour la technique des outils pompés, on pourra réaliser des raclage de paraffine, avec pompage simultané de solvant si nécessaire, la pose et le repêchage des outils de production (bouchon, clapet antiretour, vanne de sécurité, vanne dite de "gas lift", instruments, tels des pompes à jet), le lavage du sable déposé au niveau des zones productrices, l'enregistrement de la pression de fond, l'injection de produit de traitement, l'instrumentation sur des trains de tiges coincés.. . L'organe de commande pourra aussi comporter un régulateur interne de bypass qui autorise le passage de fluide à son travers dans le sens de la partie supérieure de l'organe vers la partie inférieure de l'organe. La régulation permet, soit de continuer à circuler dans le premier tubage lors du coincement de l'organe en cours de trajet, soit de répartir sur plusieurs éléments d'étanchéité 36 l'effort produit par la pression. L'organe de commande pourra comporter une rallonge permettant de manoeuvrer des dispositifs, tels la vanne 10, au-delà de l'élément de liaison hydraulique 12. Les dispositifs commandés pourront être des instruments de mesure. L'espace compris entre le cuvelage 2 et le tubage 3, notamment celui situé au dessus de l'élément d'étanchéité 6a, pourra être utilisé pour constituer le conduit de retour à la place du conduit 4. - 12 - REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Procéde pour manoeuvrer au moins un dispositif (10, 14, 16, 18) à l'intérieur d'un premier tubage de puits dans le sol, une partie inférieure de ce premier tubage (3) étant hydrauliquement reliée à un conduit (4) débouchant à la surface du sol, ce dispositif étant commandé par un organe (21), caractérisé en ce qu'on utilise un organe (21) adapté à descendre dans le premier tubage (3) par pompage hydraulique, et en ce qu'on attache à l'extrémité supérieure dudit organe de commande (21) un câble (22) relié à la surface du sol, et en ce qu'on remonte l'organe de commande en réalisant une traction sur le câble (22). 2. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le premier tubage comprend plusieurs dispositifs comportant chacun au moins un siège (38) de clé, caractérisé en ce qu'on équipe l'organe de commande d'un pène (37) de clé adapté à coopérer avec le siège d'un dispositif sélectionné parmi lesdits dispositifs, et en ce qu'on manoeuvre l'organe de manière que le pène coopère avec le siège pour manoeuvrer le dispositif. 3. - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 appliqué à la complétion sélective multiple de formations géologiques traversées par le puits, caractérisé en ce qu'au moins deux dispositifs (10, 14, 16, 18) comportent deux vannes adaptées à mettre en communication des parties extérieures au puits avec l'intérieur du premier tubage (3), les parties étant substantiellement hydrauliquement isolées les unes des autres, et en ce qu'on manoeuvre les vannes au moyen de l'organe de commande (21). 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on dispose dans le conduit une pompe (19) adaptée à améliorer la production d'effluents des formations traversées par le puits. - 13 - 5. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, appliqué à la production d'effluents pétroliers. 6. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, appliqué à la production sélective et évolutive d'effluents de formations traversées par le puits. 7. - Ensemble pour manoeuvrer au moins un dispositif (10, 14, 16, 18) situé dans un puits, l'ensemble comportant un premier tubage (3) de puits (1) dont une partie inférieure est hydrauliquement (12) reliée à un conduit (4) débouchant à la surface du sol, caractérisé en ce que le dispositif est adapté à être commandé par un organe (21) adapté à descendre dans le premier tubage (3) au moyen d'un pompage hydraulique, ledit organe de commande (21) étant relié à la surface du sol par un câble (22). 8. - Ensemble selon la revendication 7 comportant plusieurs dispositifs, caractérisé en ce que chacun des dispositifs (10, 14, 16, 18) comporte un siège (38) de clé adapté à coopérer avec un pène (37) de clé interchangeable solidaire de l'organe de commande. 9. - Ensemble selon l'une des revendications 7 ou 8 appliqué à la complétion sélective multiple de formations géologiques traversées par le puits, caractérisé en ce qu'au moins deux des dispositifs (10, 14, 16, 18) comportent au moins deux vannes adaptées à mettre en communication des parties extérieures au puits avec l'intérieur du premier tubage, les parties étant sensiblement isolées hydrauliquement les unes des autres. 10. - Ensemble selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte, disposée dans le conduit (4), une pompe (19) adaptée à améliorer la production de formations traversées par le puits. 11. - Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que - 1-2621646 - 14 - l'organe de commande (21) comporte des moyens adaptés à permettre une circulation de fluide au travers de l'organe de commande au-delà d'un certain seuil de traction exercée sur le câble (22), la circulation de fluide au travers de l'organe (21) s'effectuant de la partie supérieure de l'organe vers la partie inférieure de l'organe. 12. - Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, ou de l'ensemble selon l'une des revendications 6 à 11, à la manoeuvre d'au moins un dispositif dans un puits comportant au moins une section fortement inclinée par rapport à la verticale, voire horizontale.