Brevet FR2658558A1 — publié le 19910823

L -1- La présente invention concerne un concept nouveau de complétion de puits utilisant un tubage de soutènement en acier associé à une colonne de production ou d'injection en matériaux composites,avec annulaire libre. L'invention est notamment applicable à la réalisation de puits géothermi- ques pour combattre les effets de la thermochimie corrosive et incrus- tante du fluide géothermal et préserver la longévité des ouvrages Ces problèmes sont particulièrement bien connus,par exemple, dans le bas- sin parisien o de nombreux" doublets" géothermiques (ensemble formé d'un puits de production servant à capter les eaux chaudes du réservoir et d'un puits d'injection utilisé pour réinjecter le fluide dans le réservoir après extraction des calories) ont été réalisés depuis les années 70. Dans ces installationsle fluide géothermal-eau chaude dont la tempéra- ture est comprise entre 50 'C et 850 C et à salinité élevée ( 15 à 25 g/l) -com- porte une phase gazeuse dissoute enrichie en C 02 et HS Squi lui confè- rent une légère acidité (p H de 6 à 6,4) Cette agressivité se traduit dans certaines zones du réservoir capté par des endommagements répétés et accélérés des ouvrages sous l'effet de la corrosion et de dépot affectant les tubages et du colmatage affectant le découvert ( zone de captage du réservoir). Le mécanisme d'endommagement peut être résumé comme suit: -corrosion du tubage du puits producteur et,à un degré moindrede l'ou- vrage d'injection; -dissolution du fer du tubage et mise en solution avec formation de sul- fures de fer; -dépots des sulfures sur les parois de l'acier du tubage producteur sans protection de celui-ci (poursuite de la cinétique de corrosion sous dé- pôts); -entraînement sous forme particulaire (suspensions solides)dans l'eau produite et encrassement des échangeurs de chaleurdépôts/incrusta- -2- tions du tubage injecteur et accumulation au fond et sur les parois du dé- couvert; -accroissement des pertes de charge,réduction du débit de circulation de la boucle géothermale et colmatage des ouvrages et équipements de sur- face. Les moyens curatifs et préventifs permettant de réduire à défaut d'éradi- quer,ces endommagements sont de trois ordres: moyens curatifs;les puits sont libérés de leurs dépôts par descente en rotation et circulation de boue,d'une garniture conventionnelle au câble et aux tiges bien connue des spécialistes; des produits spécifiques permettant de diminuer les couts de ces interventions ont été réalisés; le brevet 2 631 708 décrit un de ces dispositifs basé sur un système de tube continu bobiné ( dit "coiled tubing"); moyens préventifs chimiques basés sur l'injection en fond de puits d'agents inhibiteurs de corrosion/dépôt à fonctions respectivement fil- mante (corrosion) et dispersante (dépôts) Cette injection est réalisée au moyen d'un tube auxiliaire d'injection (TAI),dont la mise en place et la tenue dans le temps sont elles aussi sujettes à caution; les brevets 2 463 197 et 2 502 239 décrivent respectivement un procédé inhibiteur par in- jection d'amines aliphatiques et un dispositif d'injection en fond de puits; solutions alternatives pour les matériaux;celles-ci reposent sur l'utilisation de matériaux soit résistants,soit,de préférence, électrochimi- quement inertes vis-à-vis de la corrosion dans le système H 20-C 02- H 2 S Le choix d'alliages nobles (Cr,Mo,Nietc),d'un coût élevé,présente par ailleurs l'inconvénient d'une fragilisation de la structure solide en présence d'H 2 S dissous,à faible concentration,inexistante avec les aciers au carbone habituellement utilisés Les matériaux composites sont passifs au plan de la corrosion;leur mise en place dans un forage, cependant, n'est pas sans risque en raison des caractéristiques mécaniques du mat&é- riau utilisé Pour la même raison, ce risque d'endommagement existe lors 3- des interventions en cours d'exploitation La simple friction d'un cable,utilisé pour descendre des outils de diagraphies électriquespeut ponctuellement créer un trou dans l'épaisseur du tubage. Ce constat met en évidence le fait que les solutions classiques utilisées pour prévenir des problèmes d'endommagement de puits dus à l'agressi- vité du fluide géothermal, comportent dans leur mise en oeuvre des ris- ques non négligeables. L'invention,objet de la présente demandeconstitue une autre alternative combinant les possibilités des moyens préventifs chimiques et des alter- natives matériaux sans en avoir les inconvénients. La compréhension de l'invention et de ses avantages sera facilitée par la description d'un exemple de réalisation illustré par les figures annexées ci-après: -la figure 1 représente un exemple de complétion de puits de production géothermique selon l'invention; -les figures 2,3 et 4 mettent en évidence certains risques inhérents aux so- lutions classiques et évités dans la solution objet de l'invention; -la figure 5 représente une variante possible de réalisation de l'invention; -la figure 6 représente un détail de l'invention. Sur la figure 1,les formations jusqu'au toit du réservoir 1 à capter sont fo- rés en gros diamètre Un tubage de soutènement traditionnel 2 est posé et cimenté ( 8) avant forage du réservoir. Après forage du réservoirune colonne de production 3 en matériaux composites est mise en place Pour permettre l'installation éventuelle d'une pompe immergée la partie supérieure de la colonne de production 3 est en gros diamètreconstituant ainsi une chambre de pompage Pour éviter le "piégeage" de la colonne de production entre deux points fixesinconvénient inhérent aux systèmes de pose classiques,celle-ci est mise en place par l'intermédiaire d'un dispositif particulier 4 mis en place en même temps que la descente de la colonne 3 La partie inférieure 4- de la colonne est suspendue à celui-ci, lequel sert également de siège à la partie supérieure Les dilatations de cette dernière sont rattrapées en tête via une manchette 5 L' autre extrémité de la partie inférieure coulisse libre suivant son axe dans le tubage de soutènement 2 L'ensemble de la colonne 3 est centrée par des centreurs 7 en matériau composite. Par ailleurs le réceptacle 4 est conçu de façon à assurer la continuité hy- draulique dans l'annulaire 6. L' annulaire 6 entre le tubage composite 3 et le tubage de soutènement 2, laissé librepermet: la mise en équipression de l'intérieur de la colonne de production et de l'annulaire,évitant la création d'efforts dommageables au composite 3 et offrant un meilleur amortissement des à- coups de pression et des coups de bélier en production; le contrôle de l'étanchéité,à la fois du tubage acier 2 et de la co- lonne composite 3; l'injection à faible débit depuis la tête de puits en surface d'agents inhibiteurs, sans nécessiter de tube auxiliaire d'injection; tout risque in- hérent à la mise en place d'un tel dispositif (perte de débit, rupture, perte du tube, arrêt de l'exploitation) est ainsi évité; d'éviter les problèmes inhérents au packer de pied( pose, ancrage, tenue dans le temps) L'injection en légère surpression d'inhibiteurs dans l'annulaire 6 évite tout contact (et ainsi tout risque de corrosion) entre le fluide géothermal et le tubage de soutènement 2 Autre avantage importantcette injection peut se faire sans arrêter l'exploitation. Les solutions classiques, représentées sur les figures 2,3 et 4, nécessitent la mise en place de packers de pied dont les inconvénients sont bien connus des spécialistes. Les solutions des figures 2 et 3 comportent un coulissage du tubage com- posite 3 dans le packer de pied 9 via une "jupe" d'ancrage 11;le coulissage -5- est externe dans la solution de la figure 2 et interne dans celle de la figure 3. L'étanchéité de l'annulaire dans les solutions représentées sur les figures 2 et 3 est assurée par les joints 10 Celleci ne peut être garantie à terme Elle impose alors une intervention spéciale (work-over) avec tous les aléas de ce type de travail dans un tubage composite. De même,s'agissant souvent de puits déviés, les bases de calcul de la traction à appliquer sur le tubage, pour tenir compte,avant ancrage en tête de puits, des élongations induites par dilatation thermique et méca- niquement,sont souvent sujettes à aléas: connaisance des forces de fric- tion tubage composite/tubage acier trajet nominal et trajet réel des tu- bages. La solution représentée sur la figure 4 est une simplification des solu- tions précédentes avec les mêmes inconvénients;de plus le tubage com- posite 3 est pris entre deux points fixes sans possibilité de coulisser dans la jupe du packer comme dans les solutions des figures 2 et 3. L'invention, objet de la présente demande,élimine ces inconvénients La simplicité de conception facilite la pose du tubage composite L'absence de point fixe à la base permet le relachement des contraintes introduites éventuellement par des frictions locales lors de la descente. Les matériaux composites de la colonne de production 3 pourront com- biner epoxy(résine),amines aliphatiques (durcisseurs) et fibres de verre type E (renfort),double enroulement filamentaire et renforcement axial;dans les applications pétrole, les joints filetés seront de type man- chonnés aux normes API Le carbone et les polyaramides pourront cons- tituer des alternatives matériaux au verre en ce qui concerne les fibres de renfort. Pour éviter des usures ponctuelles de la colonne 3 en cas de descentes r&- pétées d'outils de diagraphie,on pourra ajouter au matériau composite constituant le tubage des agents antiabrasion. -6- Les tubes de soutènement 2 peuvent être des tubes acier au carbone clas- siques. La figure 5 représente une application possible pour un puits géothermi- que ou un puits application pétrole classique ne nécessitant pas de chambre de pompage. La figure 6 donne le détail de l'ensemble siège réceptacle 4. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif de suspension 4, celui- ci est réalisé et mis en oeuvre comme suit: * le système de suspension 4 est maintenu en cours de descente de la co- lonne 3 entre un manchon supérieur 14 et un manchon inférieur 17 d'un tube court 18 de la colonne 3,positionné en fonction de la cote de la par- tie supérieure du tube de soutènement 2 et des longueurs respectives des parties haute et basse de la colonne 3 séparées par ce tube court 18; * ce système 4 comprend en outre un siège 12 reposant sur la partie su- périeure du tube de soutènement 2 muni d'ouvertures 13 assurant la continuité hydraulique de l'annulaire 6; * ce siège 12 supporte l'ensemble de la colonne 3 par l'intermédiaire du manchon supérieur 14 reposant sur une bride 15 et éventuellement d'une protection 16 pouvant être par exemple un matériau polymérique. -7- REVENDICATIONS 1-Dispositif de completion de puits géothermique utilisant un tu- bage de soutènement en acier 2, mis en place et cimenté selon les règles de l'art usuelles associé à une colonne de production ou d'injection 3 en matériaux composites,caractérisé en ce que l'annulaire 6 entre le tube de soutènement 2 et le tube de production 3 est libre tout en permettant d'isoler le tubage en acier 2 du fluide géothermal ou autre capté, et éventuellement l'injection, sans arrêter l'exploitation et à faible débit, d'inhibiteurs de corrosion, en ce que cette configuration est rendue pos- sible par un ensemble 4 reposant sur un siège 12 posé en tête du tubage de soutènement 2 ensemble auquel est suspendue la partie inférieure de la colonne de production 3 et supportant la partie supérieure de ce même tubage et assurant une continuité hydraulique de l'annulaire 6 derrière le tubage en composite 3. 2-Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support de la colonne de production constitué par l'ensemble 4 est conçu de fa- çon à pouvoir être descendu et mis en place en même temps que la co- lonne 3. 3-Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'en- semble 4 supportant la colonne de production 3 est maintenu entre un manchon supérieur 14 et un manchon inférieur 17 d'un tube court 18 de la colonne 3 et comprend un siège 12, muni d'ouvertures 13 assurant la continuité hydraulique de l'annulaire 6, sur lequel s'appuie une bride 15, avec, en sandwich entre le siège 12 et la bride 15, une protection 16, la bride 15 bloquant le manchon supérieur 14 de la colonne de production 3. 4-Dispositif selon les revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le tubage de production 3 comporte un matériau composite combinant par -8exemple résine epoxy,amines aliphatiques comme durcisseurs,renfort en fibres de verre type E,double enroulement filamentaire et renforcement axial. -Dispositif selon les revendications 1 et 4,caractérisé en ce que les fibres de renfort du tubage 3 peuvent être en carbone ou polyaramide. 6-Dispositif selon les revendications 1,4 et 5,caractérisé en ce que le matériau composite du tubage 3 peut comporter des agents antiabrasion. 7-Application du dit dispositif selon revendications 1 et 2 aux puits pétroliers nécessitant une protection particulière vis à vis de la corrosion ou des dépots. 8-Application du dit dispositif selon revendications 1 et 2 à tout type de puits contenant, produisant ou injectant des fluides de nature agressive vis à vis des tubages traditionnels. 9-Application du dit dispositif selon revendications 1 et 2 aux puits d'alimentation en eau potable. -Application du dit dispositif selon revendications 1 et 2 aux puits d'injection d'eaux résiduaires. 11-Application du dit dispositif selon revendications 1 et 2 aux puits thermaux. 12-Application du dit dispositif selon revendications 1 et 2 aux puits producteurs ou injecteurs dans le cadre de récupération secondaire.