Brevet FR2619851A1 — publié le 19890303

La présente invention concerne un dispositif d'in- jection d'additifs inhibiteurs de corrosion ou de dépôts dans un puits géotherma] d'exhaure. L'exploitation de puits géothermaux qui s'est déve- loppée assez sensiblement depuis quelques années, s'est heurtée à des difficultés dont certaines trouvent]eurs origines dans les réactions de corrosion de l'acier des tubages mis en place dans les puits forés. On a constaté en effet qu'au contact avec le fluide géothermal l'acier des tubages se solubilise et on observe une précipitation de sulfures de fer qui se déposent dans le réseau. Ces sul- fures restent en place et provoquent un rétrécissement de la section des tubages ou bien encore ils sont entraînés vers les organes d'exploitations en surface (échangeur) qu'ils finissent par colmater. Pour remédier à cet inconvénient on a déjà pensé à injecter dans le fluide géothermal des additifs inhibiteurs de corrosion, bactéricides ou autres. Les traitements mis en place se font, à l'heure actuelle, à partir de la pompe d'exhaure et ils ne concernent qu'environ 60% de la lon- gueur de la boucle. Par conséquent les réactions néfastes à une bonne exploitation ne sont pas él]iminées en amont de la pompe, c'est-à-dire pour les 40% de tubage situés sous la pompe d'exhaure. La présente invention vise à remédier à ces inconvé- nients en procurant un dispositif d'injection permettant de traiter l'ensemble du tubage dès le réservoir, c'est-à-dire en fond de puits, en permettant ainsi une protection de la totalité des ouvrages et une meilleure maitrise des phéno- mènes. A cet effet ce dispositif d'injection d'additifs inhibiteurs de corrosion ou de dépôts dans un puits géo- thermal d'exhaure, dans lequel l'exhaure du fluide géother- mal est assurée par un groupe de pompage immergé, descendu dans le puits, est caractérisé en ce qu'il comprend un tube d'injection en matériau composite, du type verre-résine, suspendu dans le cuvelage du puits en dessous du groupe de pompage d'exhaure, en étant fixé è un dispositif d'accro- chage monté sous le groupe de pompage, ce tube d'injection débouchant, à son extrémité inférieure, è proximité du fond du puits et étant raccordé, à son extrémité supérieure, a une source d'additif située en surface, par l'intermédiaire d'un tuyau flexible s'étendant dans le puits le long du tube d'exhaure. On décrira ci-après,è titre d'exemples non limite- tifs, diverses formes d'exécution de la présente inven- tion,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe axiale verticale d'un dispositif d'injection d'additif inhibiteur de corro- sion en fond de puits géothermique suivent l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale verticale, à plus grande échelle, d'un dispositif de raccordement du tube d'injection sous le groupe de pompage. La figure 3 est une vue en coupe axiale verticale d'un dispositif centreur en cours de descente du tube d'in- jection. Ls figure 4 est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution du dispositif de raccordement du tube d'injection sous le groupe de pompage. La figure 5 est une vue en coupe axiale d'une variante d'exécution de la tête d'injection en fond de puits. Le dispositif représenté sur la figure I est mis en place à l'intérieur du cuvelage 1 d'un puits géothermal. Le dispositif d'injection proprement dit est fixé à la partie inférieure d'un groupe de pompage immergé 2 suspendu à une bride 3 mise en place à l'extrémité supérieure du cuvelage i du puits. Le groupe de pompage de production 2 peut comprendre une pompe immergée 4 entraînée en rotation par un moteur électrique 5 situé sous la pompe, une turbopompe ou encore une pompe à arbre long avec un moteur d'entraIne- ment en surface. La pompe 4 est reliée b la surface par un tube d'exhaure 6. Le dispositif d'injection suivant l'invention qui est installé dans le puits de production, comprend un tube d'injection vertical 7 qui s'étend depuis la profondeur d'injection choisie, b proximité du fond du puits, jusqu'è l'extrémité inférieure du groupe motopompe immergé 4,5, un dispositif 8 d'accrochage du tube d'injection 7 au moteur 5 et un tuyau flexible de liaison 9 qui s'étend entre l'extré- mité supérieure du tube d'injection et la bride 3 de sus- pension du groupe de pompage 2. Ce tuyau flexible 9 est relié à une source d'additif, en surface. Le tube d'injection 7 traverse un dispositif cen- treur positif l1 qui assure le guidage du tube d'injection à la traversée des diverses réductions du cuvelage 1 du puits, lors de la descente du tube d'injection 7 dans le puits. Ce dispositif centreur 1i comporte un manchon vertical 12 è travers lequel passe le tube d'injection, avec un certain jeu radial. L'alésage de ce manchon est évasé vers l'exté- rieur, à ses deux extrémités et ce manchon 12 est prolongé vers l'extérieur par des ailes radiales 13. Pendant la descente dans le puits le dispositif centreur 11 est retenu axialement sur le tube 7 par une couronne 14 fixée à la partie inférieure du tube d'injection 7. Par conséquent, lorsque le tube d'injection 7 est descendu dans le puits, en étant équipé du dispositif centreur 11 retenu par la couron- ne 14, ce dispositif centreur Il est arrêté, au cours de son mouvement de descente, par un épaulement interne la formé à la jonction entre deux tronçons du cuvelage 1 de diamètres différents, à savoir une partie supérieure lb de grand diamètre et une partie inférieure lc de plus petit diamètre. Une fois en appui sur l'épaulement interne la, le dispositif centreur 11 assure le centrage et le guidage des éléments supérieurs du tube d'injection 7, lors de leur passage è travers la réduction du cuvelage. Le tronçon de tube extrême inférieur du tube d'in- jection 7 qui est ouvert à son extrémité frontale inférieu- re, est également perforé, de préférence, sur une partie de sa longueur de manière à permettre une bonne distribution de l'additif injecté dans le fluide géothermal, même si l'extrémité du tube d'injection 7 vient à se boucher. Le tube d'injection 7 est constitué d'une succession de tronçons tubulaires assemblés les uns avec les autres par vissage. Chaque tronçon tubulaire est réalisé en un matériau composite formé de fibres de verre et d'une résine de liaison entre les fibres. Il est apparu que la résine qui convient tout particulièrement pour la présente utilisation, est une résine furanique produite par la résinification de l'alcool furfurique en présence d'un acide catalyseur, généralement avec apport de chaleur, Jusqu'à ce que le degré de polymérisation désiré soit atteint. Les propriétés carac- téristiques des matériaux composites du type fibre de verre- résine furanique sont des propriétés physiques équivalentes à celles des composites à résine polyester résistant à la corrosion, une résistance hors ligne à la corrosion contre les solvants (aliphatiques, aromatiques, hydrocarbures chlorures) mais aussi une bonne résistance dans les condi- tions acide et alcaline, et une bonne résistance à la chaleur. Toutes ces caractéristiques rendent ces résines particulièrement propres à une utilisation pour l'injection d'additifs dans le fond d'un puits géothermal. En outre, du fait de l'inertie galvanique d'un tel matériau composite due à ses propriétés diéléctriques, un tube d'injection de ce type n'engendre aucun désordre sur les cuvelages du puits notamment par effet de pile. Pour éviter une destruction de la paroi du tube d'injection 7 par rupture de la cohésion entre les fibres de verre et la résine liante on recouvre la surface extérieure du tube 7 d'un film de résine pure étanche à l'eau. De préférence, ce film de résine furanique pure recouvre éga- lement les extrémités et les parties filetées par usinage dans la masse qui servent au raccordement des tronçons tubu- laires. Le tube 7 comporte également avantageusement un revêtement intérieur constitué par un film de résine furani- que pure étanche à l'eau. L'angle d'enroulement des fibres de verre par rap- port à l'axe du tube doit être choisi en fonction des carac- téristiques mécaniques désirées pour les tronçons de tube. Le dispositif B d'accrochage de l'extrémité supé- rieure du tube d'injection 7 su moteur immergé 5 comprend, comme il est représenté sur la figure 2, un bloc 15 pourvu, à sa partie supérieure, d'une bride transversale 16 qui est percée de trous traversés par des vis 17 vissées dans la face inférieure du moteur 5, pour assurer la fixation du dispositif d'accrochage 8 sous le moteur 5. Le bloc 15 présente, dans sa face inférieure, un bossage central 18 se terminant par un filetage mêle 19 sur lequel est vissée l'extrémité supérieure taraudée du tube d'injection 7. Un perçage axial borgne 21 s'étend verticalement dans le bloc , en débouchant dans la face frontale inférieure du bossa- ge 18; ce perçage vertical 21 communique avec un perçage horizontal et radial 22 débouchant, par un chambrage 23, dans la surface latérale du bloc 15. Ce chambrage 23 forme un piquage pour la fixation de l'extrémité inférieure du tuyau flexible 9 s'étendant jusqu'à la surface. Le tuyau flexible 9 assure la liaison hydraulique entre l'extrémité supérieure du tube d'injection 7 et la pompe doseuse d'injection (non représentée) située à la surface du sol. A cet effet le tuyau flexible 9 comporte, à ses deux extrémi- tés, des raccords hydrauliques permettant leur fixation sur un piquage aménagé sur la bride de suspension 3 de la colon- ne d'exhaure et sur le piquage 23 prévu dans le bloc 15 fixé au moteur 5. Le tuyau flexible 9 est réalisé en un matériau synthétique adapté au fluide géothermal et aux divers additifs choisis. Il est livré sur le site de produc- tion enroulé sur un touret. Dans la variante d'exécution de l'invention repré- sentée sur la figure 4 le dispositif d'accrochage du tube d'injection 7 est réalisé en deux parties, à savoir une embase supérieure 24 fixée sous le moteur 5 et une tête de levage inférieure 25. L'embase supérieure 24 présente une bride supérieure par laquelle elle est fixée au moteur 5, au moyen de vis, et à partir de laquelle s'étendent vers le bas deux ailes verticales parallèle 24a,24b formant une chape. Dans cette chape est engagée la partie supérieure 25a de la tête de levage 25, la liaison entre la chape 24a,24b et cette partie supérieure 25a étant assurée par un axe horizontal et transversal 26. La tête de levage 25 est per- cée d'un conduit axial borgne 26 débouchant dans sa face inférieure et qui communique avec un chambrage latéral 27 formant un piquage pour le raccordement du tuyau flexible.9. La figure 5 représente une variante d'exécution de la tête d'injectiqn 28 fixée à l'extrémité inférieur du tube d'injection 7. Cette tête d'injection 28 présente une partie extrême inférieure conique 28a, à extrémité arrondie, et, dans sa partie supérieure, un teraudage conique 28b assurant le raccordement au tube d'injection 7. Dans la partie cen- trale du taraudage 28b débouche un conduit borgne axial 29 qui communique, à sa partie inférieure, avec plusieurs trous horizontaux et radiaux 31 qui débouchent à l'extérieur et qui assurent la sortie de l'additif. Le dispositif d'injection suivent l'invention est mis en place à l'aide des grues ou mâts de forage utilisés lors des opérations de maintenance (remontée et redescente des groupes motopompe immergés d'exhaure), ces appareils n'ayant pas à être modifiés. Le dispositif 8 d'accrochage du tube d'injection 7 est vissé en premier lieu sur l'extrémité supérieure du tronçon tubulaire supérieur de ce tube 7. Il est ensuite fixé à la face frontale inférieure du moteur 5, par exemple par boulonnage eu moyen des vis 17. Le tuyau flexible d'injection 9 est ensuite fixé au dispositif d'ac- crochage 8 à l'endroit du piquage 23. La manoeuvre suivante consiste en une mise en place classique du groupe motopompe immergé pendant laquelle le tuyau flexible 9 est déroule à partir de son touret et est fixé contre la colonne de pro- duction, conjointement avec le cable électrique d'alimenta- tion du moteur 5, au moyen de colliers. L'extrémité supé- rieure du tuyau flexible 9 est enfin raccordée à la pompe doseuse à travers la bride inférieure de la tête de puits 3. Le passage ainsi ménageé est équipé d'un piquage assurant l'étanchéité. Ce raccordement est réalisé après mise en place de la tête de puits À l'extrémité supérieure de la colonne de production. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'injection d'additifs inhibiteurs de corrosion ou de dépôts dans un puits géothermal d'exhaure, dans lequel l'exhaure du fluide géothermal est assurée par un groupe de pompage immergé, descendu dans le puits, caractérisé en ce qu'il comprend un tube d'injection (7) en matériau composite, du type verre-résine, suspendu dans le cuvelage (1) du puits en dessous du moteur (5) d'entraîne- ment de la pompe immergée (3), en étant fixé è un dispositif d'accrochage (8) monté sous le groupe de pompage (4,5), ce tube d'injection (7) débouchant, b son extrémité inférieure, à proximité du fond du puits et étant raccordé, à son extré- mité supérieure, à une source d'additif située en surface, par l'intermédiaire d'un tuyau flexible (9) s'étendant dans le puits le long du tube d'exhaure. 2.- Dispositif suivant la revendication 1 carac- térisé en ce que le tube d'injection (7) traverse un dis- positif centreur positif (11) comportant un manchon verti- cal (12) à travers lequel passe le tube d'injection, avec un certain jeu radial, ce manchon (12) étant prolongé vers l'extérieur par des ailes radiales (13). 3.- Dispositif suivant la revendication 2 carac- térisé en ce que pendant la descente dans le puits le dispo- sitif centreur (11) est retenu axialement sur le tube (7) par une couronne (14) fixée à la partie inférieure du tube d'injection (7). 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que le dispositif (8) d'accrochage de l'extrémité supérieure du tube d'in- jection (7) au moteur immergé (5) comprend un bloc (15) pourvu, à sa partie supérieure, d'une bride transversale (16) qui est percée de trous traversés par des vis (17) vissées dans la face inférieure du moteur (5), le bloc (15) présente, dans sa face inférieure, un bossage central (18) se terminant par un filetage mêle (19) sur lequel est vissée l'extrémité supérieure taraudée du tube d'injection (7), un perçage axial borgne (21) s'étend verticalement dans le bloc (15), en débouchant dans la face frontale inférieure du bossage (18), et ce perçage verti-cael (21) communique avec un perçage horizontal et radial (22) débouchant, par un chambrage (23), dans la surface latérale du bloc (15), ce chambrage (23) formant un piquage pour la fixation de l'extrémité inférieure du tuyau flexible (9) s'étendant jusqu'h la surface. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif d'accrochage du tube d'injection (7) est réalisé en deux parties, à savoir une embase supérieure (24) fixée sous le moteur (5) et une tête de levage inférieure (25), l'embase supérieure (24) présente une bride supérieure par laquelle elle est fixée au moteur (5) et à partir de laquelle s'éten- dent vers le bas deux ailes verticales parallèle (24a,24b) formant une chape, dans cette chape est engagée la partie supérieure (25a) de le tête de levage (25), la liaison entre la chape (24a,24b) et cette partie supérieure (25a) étant assurée par un axe horizontal et transversal (26), et la tête de levage (25) est percée d'un conduit axial borgne (26) débouchant dans sa face inférieure et qui communique avec un chambrage latéral (27) formant un piquage pour le raccordement du tuyau flexible (9). 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 4 et 5 est caractérisé en ce que le tuyau flexible (9) comporte, à ses deux extrémités, des raccords hydrauliques permettant leur fixation sur un piquage aména- gé sur la bride de suspension (3) de la colonne d'exhaure et sur le piquage (23,27) prévu dans le dispositif d'accro- chage fixé au moteur (5). 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que la tête d'injection (28) fixée h l'extrémité inférieur du tube d'injection (7) présente une partie extrême inférieure coni- que (28a) et, dans sa partie supérieure, un teraudage coni- que (28b) assurant le raccordement au tube d'injection (7) et dans la partie centrale duquel débouche un conduit borgne axial (29) qui communique, h se partie inférieure, avec plusieurs trous horizontaux et radiaux (31) qui débouchent à l'extérieur et qui assurent la sortie de l'additif. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce que le tube (7) est en un matériau composite constitué de fibres de verre liées entre elles par une résine furanique. 9.- Dispositif suivant la revendication 8 carac- térisé en ce que la surface extérieure du tube d'injection (7) et éventuellement sa surface intérieure sont recouver- tes de résine furanique pure. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications (8,9) caractérisé en ce que la surface extérieure des filetages usinés dans la masse des tronçons de tube (7) en matériau composite, pour leur raccordement, est recou- verte de résine furanique pure.