Brevet FR2631379A1 — publié le 19891117

La présente invention concerne un dispositif de pompage d'un fluide au fond d'un puits foré notamment à zone basse fortement inclinée ou horizontale. Le développement du forage de puits à zone initiale verticale prolongéepar des zones plus profondes fortement incLinées, ou même horizontales, a été particulièrement notable durant la dernière décennie et semble être une voie d'avenir vers des exploitations plus rentables de gisements souvent difficilement accessibles. Des techniques déjà anciennes de pompage de fluide sont utilisées dans de telles installations, telles que par exemple les pompes volumétriques rotatives habituellement connues dans le domaine visé sous le terme commercial "Pompe MOINEAU". Ces pompes comportent un stator, élément externe, coopérant avec un rotor, élément interne, par l'intermédiaire de deux engrenages hélicoidaux intérieurs l'un à l'autre, de manière à ménager par les engrenages une alvéole se déplaçant au travers du corps de la pompe et véhiculant le fluide à débit constant. Ce mode de réalisation de pompe commercialisée depuis maintenant près de 50 ans permet des facilités d'utilisation au fond des puits forés, notamment au niveau de l'amorçage et trouve des applications quel que soit le type de fluide véhiculé. Le montage de ces pompes dans des puits forés s'effectue en deux étapes. Tout d'abord le stator est fixé à l'extrémité d'une colonne tubulaire qui est introduit par l'ouverture du puits. La progression dans le puits s'effectue ensuite par l'adjonction de tronçons de tubes à partir de la surface. Dans une seconde étape, le rotor fixé à l'extrémité d'une tige d'entrainement est introduit à l'intérieur de la colonne tubulaire pour venir en place au fond du puits dans le stator. Il ne reste plus qu'à commander à partir de la surface la rotation de l'ensemble des tiges d'entrainement mises bout à bout pour venir déclancher le mouvement du rotor et donc amorcer le mouvement de pompage par le déplacement des alvéoles closes le long de la pompe. Cependant l'utilisation des "ppmpes MOINEAU' dans des puits horizontaux dont les fluides prélevés sont fortement chargés en sable implique des problèmes d'usure notamment au niveau des zones de contact Stator/Rotor et donnent une durée de vie trop faible au vu des montages effectués. Dans le cas des puits mis en production par drains horizontaux, la pompe est placée dans une partie quasi horizontale contre La paroi du puits. La production d'un gisement sableux conduit à la formation à la base du drain d'un lit de sable lequel est entrainé sous forme de dunes vers l'admission de la pompe. Il en résulte l'introduction intermittante dans les alvéoles de la pompe de blocs de sable. D'autre part la mise en place du rotor dans le stator par la descente le long de la colonne tubulaire implique des frottements contre la paroi interne des tubes qui risquent d'endommager la forme appropriée du rotor muni d'un revêtement chromé particulièrement délicat. La présente invention vise donc à réaliser un dispositif de pompage de fluide qui permet de pallier les inconvénients des dispositifs existant, notamment au niveau de l'engorgement de l'entrée d'aspiration du stator par des blocs de sable compacts détachés de la paroi du puits. L'idée mère de l'invention est de disposer coaxialement à la pompe au niveau de l'ouverture d'admission du fluide un prolongement muni d'orifices qui vise à répartir l'entrée de fluide à haute teneur sableuse et à désagréger les blocs compacts se présentant à l'entrée de la pompe. La présente invention a donc pour objet un dispositif de pompage d'un fluide au fond d'un puits foré notamment à zone basse fortement inclinée ou horizontale comportant une pompe fixée à une extrémité d'une colonne tubulaire introduit dans ledit puits foré, ladite pompe étant montée à une première extrémité coaxialement à la colonne tubulaire, le fluide étant pompé à partir d'une ouverture d'admission situé sur une seconde extrémité libre de la pompe, caractérisé en ce que le dispositif de pompage comporte en outre au niveau de l'ouverture d'admission un prolongement monté dans l'axe de ladite pompe et muni d'orifices, répartis sur sa surface, de distribution du fluide vers l'ouverture d'admission. Avantageusement la pompe est une pompe volumétrique rotative, munie d'un stator monté au niveau de ladite première extrémité coaxialement à la colonne tubulaire et coopérant avec un rotor par l'intermédiaire de deux engrenages hélicoidaux intérieurs l'un à l'autre. Dans un mode de réalisation préféré, le prolongement est constitué par un tube crépiné dont les orifices de distribution sont régulièrement répartis sur toute sa surface. Selon unie caractéristique secondaire de l'invention le corps de la pompe et le prolongement sont munis sur leur surface externe de moyens de centrage dans l'axe dudit puits. Avantageusement les moyens de centrage sont constitués par des lames élastiques convexes. Selon une autre caractéristique secondaire de l'invention, le dispositif de pompage comporte un organe de guidage du rotor dans la colonne tubulaire, couplé entre une extrémité du rotor et une tige d'entrainement du mouvement rotatif. Avantageusement l'organe de guidage est en forme d'hélice. Selon un type de réalisation préférée de l'invention, un conduit intermédiaire est monté entre le stator de la pompe- et la colonne tubulaire, le diamètre intérieur dudit conduit étant supérieur au diamètre intérieur de la colonne tubulaire et constituant une zone de débattement latéral de l'organe de guidage entrainé en rotation par la tige d'entrainement. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une pompe de puits, fixée à l'extrémité d'une colonne tubulaire au fond d'un puits foré à zone basse horizontale; - la figure 2 représente l'extrémité de la colonne tubulaire muni du dispositif de pompage selon la présente invention. La figure 1 représente un puits foré 1 dans lequel est introduit un dispositif de pompage 2 amené dans une position active au fond du puits par un conduit tubulaire 3. Le puits foré comporte en surface une zone pratiquement verticale prolongée par une partie déviée pour devenir en partie basse pratiquement horizontale dans une zone à for-te teneur de fluide prélevable. Le dispositif de pompage aura une action particulièrement intéressante dans la zone du puits horizontale et au début de sa zone courbée. La pompe fixée à l'extrémité du conduit est introduite à partir de la surface et progresse dans le puits par l'adjonction de tronçons tubulaires.On introduit ensuite intérieurement au conduit un ensemble de tiges d'entrainement mises bout à bout dont la rotation est commandée par une tete d'entrainement 23 relié à un moteur 20 communément utilisé dans les installations de pompage. La rotation des tiges 17 amorce le dispositif de pompage 2 qui fait remonter le fluide circulant au fond du puits par le conduit tubulaire 3 pour être ensuite évacuer vers des conduites de stockage 27. Des vannes 22 régulent en surface ta distribution du fluide pompé. La figure 2 représente le dispositif de pompage fixé à l'extrémité de La colonne tubulaire 3. Dans tout ce qui suit la description du dispositif de pompage sera présentée avec une réalisation comportant une pompe de type appelée commercialement "MOINEAU", mais cette description n'est nullement limitative à ce type de pompes. D'autres pompes de puits, telles que des pompes à piston, pompes centrifuges, pompe à balancier pourraient tout autant bénéficier des avantages de la présente invention. De manière connue dans le domaine des puits forés, on monte sur t'extrémité de la colonne tubulaire 3, le stator 5 de la "pompe MOINEAU" par l'intermédiaire d'un conduit 7 qui sera ultérieurement explicité. La pompe volumétrique est munie d'un stator 5 comportant une enveloppe d'acier de protection, tubulaire, recouvrant une partie en élastomère, pièce active du stator réalisant intérieurement un engrenage hélicoidal. Un ensemble de tiges 17 mises bout à bout est disposé à l'intérieur de la colonne tubula-ire et supporte un rotor 4, de manière à lui transmettre un mouvement rotatif commandé en surface. Ce rotor 4 comporte sur sa surface un engrenage hélicoidal coopérant avec l'engrenage hélicoïdal associé du stator 5. Le rotor traverse longitudinalement le stator et dépasse légèrement sur son extrémité libre 6 de la zone en élastomère du stator afin de pouvoir favoriser le mélange de sable se présentant vers la première alvéole sur le point de seformer. L'extrémité 11 de l'enveloppe du stator présente une ouverture d'admission du fluide. L'enveloppe du stator au niveau de cette ouverture d'admission 11 est munie d'un prolongement 10 monté coaxialement à ladite pompe par un organe de liaisonréducteur de diamètre 9 de type habituellement utilisé dans les raccords tubulaires de puits foré. Dans un type de réalisation préférée, ce prolongement est constitué par un tube crépiné muni sur sa surface d'orifices 12 de distribution régulièrement espacés. Ces orifices pourront avoir différentes géométries, telles que, de manière non exhaustive, rondes, carrées, triangulaires, voire même sous forme de fenêtres longitudinales. Ces orifices disposés régulièrement permettent au fluide d'entrer dans la cavité intérieure dudit tube pour s'écouler ensuite vers l'ouverture d'aspiration du stator. Les orifices visent à limiter l'arrivée de blocs compacts à l'entrée du stator et permettent de les désagréger par une action mécanique, lors de l'avance de l'ensemble du dispositif de pompage dans le puits foré. Le fluide mélangé alors au sable en suspension traverse le prolongement 10 et est aspiré par l'action de pompage du rotor. Bien entendu la forme du prolongement n'est nullement limitative et des formes permettant des applications identiques pourront être aisément déduites par l'homme de l'art. Notamment une forme conique serait tout autant adapté au but visé. Afin d'améliorer la progression au fond du puits et limiter les frottements le long de la paroi, souvent causes de détachement de blocs de sable, des moyens de centrage sont montés sur le stator de la pompe et le prolongement 10. L'ensemble est donc correctement centré dans le puits par des centreurs 15. Ces centreurs sont, par exemple du type à lames, bien connus dans les techniques de forage des sols. D'autres centreurs peuvent être aussi utilisés, par exemple des centreurs en caoutchouc. Ces centreurs ont également l'avantage de limiter les mouvements d'oscillation de la pompe selon une section du puits. Le stator est muni également d'une butée 13 assurant un blocage d'avance du rotor lors de sa descente dans la colonne et de sa mise ne place dans l'engrenage hélicoidal. A l'intérieur de la pompe, un organe de guidage du rotor est couplé entre une extrémité dudit rotor et une tige d'entrainement 17 amené le long de la cavité de la colonne tubulaire. Cet organe de guidage a un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre interne de la colonne tubulaire. Lors de la descente du stator dans la colonne tubulaire, cet organe de guidage assure une position pratiquement dans l'axe de la colonne tubulaire et évite les frottements indésirables pouvant endommager la surface chromée du rotor. A l'extrémit-é basse de La colonne tubulaire est disposé un conduit intermédiaire 7. Ce conduit 7 est solidarisé à une extrémité à ladite colonne par une pièce de fixation 8, de type écrou agissant sur une zone filetée extérieure du conduit et à son autre extrémité au stator par une bague 18. Ce conduit intermédiaire 7 comporte intérieurement un diamètre supérieur au diamètre intérieur de la colonne tubulaire. L'élargissement du diamètre intérieur permet, le rotor étant en position dans le stator, un débattement latéral de l'organe de guidage lorsque les tiges sont entrainées en rotation. En position de pompage, l'organe de guidage a une fonction neutre, et son diamètre proche de celui de la colonne se déplaçant latéralement dans le conduit intermediaire 7 ne perturbe pas le mouvement de rotation du rotor. Dans un type de réalisation préféré, cet organe de guidage 16 a une forme d'hélice pour permettre la remontée du fluide lorsque l'ensemble Tige/Organe de centrage/rotor est en rotation. La présente invention permet donc d'obtenir un dispositif de pompage dont les performances sont accrues par rapport aux dispositifs existants, notamment en s'affranchissant des problèmes d'usure liés à une utilisation dans un puits à forte teneur sableuse. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent etre apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple-et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leur combinaisons. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de pompage d'un fluide au fond d'un puits foré (1) notamment à zone basse fortement inclinée ou horizontale comportant une pompe (2) fixée à une extrémité d'une colonne tubulaire (3) introduite dans ledit puits foré, ladite pompe étant montée à une première extrémité coaxialement à la colonne tubulaire (3), le fluide étant pompé à partir d'une ouverture d'admission située sur une seconde extrémité libre de la pompe, caractérisé en ce que le dispositif de pompage comporte en outre au niveau de l'ouverture d'admission un prolongement (10) monté dans l'axe de ladite pompe (2) et muni d'orifices (12), répartis sur sa surface, de distribution du fluide vers l'ouverture d'admission. 2. - Dispositif de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pompe (2) est une pompe volumétrique rotative, munie d'un stator (5) monté au niveau de ladite première extrémité coaxialement à la colonne tubulaire (3) et coopérant avec un rotor (4) par l'intermédiaire de deux engrenages helicoSdaux intérieurs l'un à l'autre. 3. - Dispositif de pompage selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le prolongement comprend un tube crépiné (10) dont les orifices de distribution (12) sont régulièrement répartis sur toute sa surface. 4. - Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pompe (2) et le prolongement (10) sont munis sur leur surface externe de moyens de centrage (15) dans l'axe dudit puits. 5. - Dispositif de pompage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de centrage sont constitués par des lames élastiques convexes. 6. - Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de guidage (16) du rotor dans la colonne tubulaire, couplé entre une extrémité dudit rotor et une tige d'entrainement (17) du mouvement rotatif. 7. - Dispositif de pompage selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de guidage (16) est en forme d'hélice. 8. - Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le rotor au niveau de son extrémité libre dépasse de l'engrenage hélicoidal du stator. 9. - Dispositif de pompage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'un conduit intermédiaire (7) est monté coaxialement entre le stator (5) de la pompe et la colonne tubulaire (3), le diamètre intérieur dudit conduit étant supérieur au diamètre intérieur de la colonne tubulaire et constituant une zone de débattement laté-ral de l'organe de guidage (16) entrainé en rotation par la tige d'entrainement (17).