Brevet FR2648863A1 — publié le 19901228

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de prélèvement d'un échantillon de fluide de gisement. Des échantillons de fluide de gisement sont prélevés régulièrement au cours d'un test de production afin d'effectuer des mesures dites PVT, c'est-à-dire en pression, volume et température. On connaît deux méthodes largement utilisées pour prélever des échantillons : l'échantillonnage de surface et l'échantillonnage de fond de puits. Dans l'échantillonnage de surface, on fait débiter le puits équipé avec une colonne de production dans un séparateur de test fonctionnant à une pression et à une température connues. Le liquide produit est prélevé dans des bouteilles spéciales en équipression par déplacement d'un fluide tampon. Le gaz associé produit est prélevé dans des bouteilles sous vide. L'inconvénient de cette méthode réside principalement dans le fait que le fluide de gisement est, à partir de la zone de production, canalisé dans la colonne de production, c'est-à-dire remonté par un conduit d'un diamètre relativement important. Le débit minimum du fluide de gisement dans la colonne de production est alors imposé par la vitesse ascensionnelle nécessaire de ce fluide pour éviter toute ségrégation entre les phases liquide et gazeuse formées dans cette colonne. Ce débit, assez important, entraîne une perte de charge sur couche (d P couche), laquelle provoque un passage en diphasique des fluides proches de leur point de saturation, au niveau des perforations du réservoir. Dans le cas d'un gaz & condensat, cette perte de charge sur couche est la cause du dépôt de condensat dans le gisement et dans le cas d'une huile, d'une libération de gaz. Les rapports volumiques des effluents séparés sont alors erronés. La composition, en qualité et en quantité, de l'échantillon prélevé en surface peut dans certaines conditions ne pas être celle du fluide de gisement en état statique dans le réservoir. Une seconde méthode d'échantillonnage est la méthode dite d'échantillonnage en fond de puits. Au moyen d'un câble, une capacité ou receptacle est descendu,-ouvert ou fermé, au droit- de la zone productrice. Par un système d'horloge, l'échantillonneur est ouvert puis refermé. L'échantillonneur est remonté en surface et les fluides préleves sont transférées dans une bouteille de transport. Les inconvénients majeurs de cette seconde méthode sont: - le caractère parfois erratique du fonctionnement du cycle ouverture/fermeture, - le risque de fuite en cours de remontée, - le caractère limité du volume prélevé (égal ou inférieur à 600 cm3). Pour réaliser un échantillonnage, il faut faire plusieures descentes qui représentent toujours des opérations assorties de risques ( notamment le risque de rupture du cable,et donc de laisser au fond l'outillage). Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des méthodes ci-dessus exposées en proposant un nouveau procédé de prélèvement d'échantillon de fluide de gisement suivant lequel on fait descendre à l'intérieur de la colonne de production un tube d'échantillonnage de petit diamètre jusque dans la zone de production ou à une faible distance de celle-ci, on réalise une étanchéité entre la colonne de production et l'extrémité du tube d'échantillonnage, on produit à travers ledit tube d'échantillonnage des quantités relativement faibles mais très représentatives du fluide de gisement. Un tel procédé présente l'avantage de réduire la perte de charge sur couche, et, par conséquent, le dégazage ou le dépôt de condensat. De façon préférentielle, le tube d'échantillonnage est un conduit dont le diamètre intérieur est inférieur ou égal à à 38 mm. Un dispositif d'ancrage du tube d'échantillonnage à la partie inférieure de la colonne de production est prévu. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, ce dispositif est également un dispositif d'étanchéité de l'espace compris entre le tube d'échantillonnage et la colonne de production. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation de l'invention, aidés des dessins dans lesquels : la figure 1 est un schéma de la liaison couche-trou illustrant le probleme résolu par l'invention avec un puits en exploitation. la figure 2 est un schéma général d'une installation fonctionnant selon le procédé de l'invention. la figure 3 est une adaptation de l'invention pour un prélèvement en cours d'essai sur un puits d'exploration. la figure 4 est une simplification du procédé lorsque les conditions du gisement sont favorables. les figures 5A,5B, et 5C représentent le dispositif d'ancrage et d'étanchéité prévu pour l'exemple de la figure 3, respectivement la partie mâle (5A), la partie femelle (5B) et une coupe transversale de cette dernière (5C). La figure SB est une coupe transversale selon la ligne de coupe aa de la figure SC, et la figure 5C est une coupe transversale selon la ligne de coupe bb de la figure 5B. la figure 6 représente le dispositif de positionnement et d'étanchéité utilisé pour l'exemple en figure 4. la figure 7 est un schéma d'un séparateur de test adapté au procédé de l'invention. Sur la figure l,on a représenté en 1 une zone réservoir traversée par un puits de production de référence générale 2 dont les parois sont consolidées par un cuvelage représenté en 3. Celui-ci est pourvu de perforations 4 pour mettre en relation le gisement avec le fond du puits. A l'intérieur du cuvelage cimenté est installée une colonne de production 5 qui descend jusqu'à hauteur des perforations avec un joint isolant (packer 6) qui empêche tout passage de fluide de gisement dans l'espace annulaire compris entre la colonne de production 5 et le cuvelage 3. Les tubes constituant la colonne de production présentent un diamètre intérieur généralement supérieur à 50 mm (2 pouces). Les équipements de complétion et de production ne sont pas décrits. Sur la figure 2 à l'intérieur de la colonne de production 5 est descendu un tube d'échantillonnage 7 de petit diamètre extérieur, inférieur ou égal à 38-mm,- jusqu'à hauteur de la zone réservoir. Ce tube est un outil utilisé pour les opérations d'intervention sous pression dans les puits de production, connu sous le nom de technique du Ncoiled tubing", technique selon laquelle un tube flexible et continu stocké sur un touret est injecté dans un puits souspression . Cette technique s'adapte à toute configuration de tête de puits et offre une rapidité de manoeuvre. Ainsi le tube d'échantillonnage est descendu & partir d'un touret 8, introduit dans la colonne de production au travers d'un injecteur 14 surmontant la tête de puits 9. Le tube d'échantillonnage équipé d'un dispositif d'ancrage 10 est descendu empli d'un fluide adéquat et ouvert à son extrémité. Le dispositif d'ancrage 10 est également un joint isolant pour l'étanchéité de l'espace annulaire compris entre le tube d'échantillonnage 7 et la colonne de production 5. Un systeme de surface permet de procéder à des débits. Des échantillonnages peuvent être effectués sur la totalite de l'effluent produit, et de manière continue. Ils sont effectues au niveau d'un séparateur 11 de conception nouvelle ou sont effectués des comptages fluides. Un ensemble de thermostation 12 permet de stabiliser la température de l'effluent produit en surface. I1 est également prévu un manifold 13 nécessaire à la sécurité et à la régulation du débit. Des ensembles d'acquisition de données (température, pression, débits), non représentés, seront adaptés au séparateur et à l'extrémité du tube d'échantillonnage pour la température et pression de fond du puits. Sur les dessins des figures 3 et 5, on a représenté un mode préférentiel d'exécution de l'invention, la figure 3 étant un schéma tandis que la figure 5 Lorsque le mandrin de localisation 15 est engagé dans le raccord à chemise coulissante en mettant du poids sur le tube d'échantillonnage, les rainures 17 reçoivent les doigts élastiques 18, la chemise coulissante 19 vient en butée inférieure sur la couronne 23 par un mouvement de descente dans l'alésage du palier 20, la conduite d'échantillonnage 7a est mise en contact avec le bipasse latéral 22 à travers les orifices 7b et 21 qui sont en communication. Le fluide de gisement prélevé à l'extrémité du bipasse latéral 22 remonte le tube d'échantillonnage 7. Ce circuit est mis en étanchéite grace aux joints d'étanchéité 16a, 16b du mandrin 15 et aux joints d'étanchéité 19a, 19b et 19c du raccord à chemise coulissante. Selon ce mode préférentiel d'exécution du dispositif d'ancrage du tube d'échantillonnage 7 sur la colonne de production 5, on peut contrôler la colonne de production jusque sous le mandrin 15 par les lumières 24,25 et 26 tout en échantillonnant par le tube d'échantillonnage 7. Ce dispositif est complété par une vanne télécommandée de fond 27 qui stoppe le flux de production par l'intérieur de la colonne de production. Un autre mode de réalisation de la liaison entre le tube d'échantillonnage 7 et la colonne de production 5 est prévu sur le schéma de la figure 4, et est représenté plus en détails sur le dessin de la figure 6. Le dispositif d'ancrage et d'étanchéité 10 est une partie cylindrique à chevrons 30 qui coopère avec un alésage 28 de diamètre déterminé, concordant, de la colonne de production 5. Cette étanchéité à chevrons 30 est rigidement fixée au tube d'échantillonnage 7 par une jonction sertie 29,l'ensemble étant traversé par la conduite d'échantillonnage 7a, et étant positionné par l'intermédiaire d'un épaulement 31, rigidement lié au tube d'échantillonnage en butée contre un épaulement 32 de l'alésage de la colonne de production. L'ensemble est complété par une vanne télécommandée de fond 33. Sur le dessin de la figure 7, on a représenté un séparateur de test particulièrement adapté au procédé de l'invention. L'entrée de l'effluent complet prélevé se fait en 34, la phase gazeuse est localisée à la partie supérieure du séparateur, filtrée par le matelas 35, évacuée par la conduite 36, comptée par l'appareil 37. Les phases lourdes, l'huile et l'eau sont retenues par le déversoir huile 51 du réservoir 38 après déflection par le déflecteur 39. L'huile surnage, tandis que l'eau, sous la pression de la phase huile, est poussée dans le réservoir intérieur 40 ou réservoir à eau par l'intermédiaire de l'orifice 50, avec recherche d'équilibre en pression avec la phase gazeuse. Le niveau de l'eau monte dans le réservoir à eau 40 permettant à celle-ci un écoulement dans le réservoir en tétine 41 å travers les orifices 42. Un réservoir en tétine 43 est prévu également pour l'huile qui franchit la déversoir 51 du réservoir 38. L'eau est évacuée par la conduite 44, comptée en 45. L'huile est évacuée par la conduite 46, comptée en 47. Les références 48 et 49 représentent des régulateurs de niveau (et de mesure de la hauteur de la colonne de liquide).Si les débits de liquide sont suffisants, les hauteurs de l'huile ou de l'eau sont maintenues constantes et les débits sont mesurés par les compteurs de précision ( Les comptages du gaz sont également prévus avec une précision inférieure ou égale à 0,5%. Un ensemble de thermostation 12 permet de stabiliser la temperature de l'effluent produit en surface. On peut utiliser les appareillages classiques comme le réchauffeur à bain d'eau, etc. mais il est préférable d'utiliser un système d'air pulsé pour réchauffer l'ensemble du touret. REVENDICATIONS 1. Procédé de prélèvement d'un échantillon de fluide de gisement au fond d'un puits équipé d'une colonne de production caractérisé en ce que l'on fait descendre à l'intérieur de la colonne de production (5) un tube d'échantillonnage (7) de petit diamètre jusqu'au niveau de la zone de production (1) ou à une faible distance de celle-ci, on réalise une étanchéité entre la colonne de production (5) et le tube d'échantillonnage (7), et on produit à travers ledit tube d'échantillonnage des quantités relativement faibles mais représentatives du fluide in situ. 2. Procédé selon la revendication 1 caratérisé en ce que le tube d'échantillonnage (7) est un conduit dont le diamètre intérieur est égal ou inférieur & 38 mm. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité (10) entre la colonne de production (5) et le tube d'échantillonage (7) est réalisée au moyen d'un dispositif servant à la fois à l'étanchéité et à l'ancrage du tube d'échantillonnage sur la colonne de production. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube d'échantillonnage (7) est descendu sous pression dans la colonne de production (5). 5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité et d'ancrage (10) est descendu avec le tube d'échantillonnage (7), et est solidaire dudit tube d'échantillonnage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tube d'échantillonnage (7) est un conduit dit de "coiled tubing", descendu et extrait dans la colonne de production (5) à partir d'un touret (8) sur lequel ledit conduit est enroulé. 7. Dispositif de prélèvement d'un échantillon de fluide de gisement au fond d'un puits équipé d'une colonne de production caractérisé en ce qu'il comprend un tube d'échantillonnage (7) de petit diamètre, s'étendant intérieurement à la colonne de production (5) jusqu'au niveau de la zone de production ou jusqu'à un niveau proche de celle-ci, et des moyens (10) pour réaliser une étanchéité entre ledit tube d'échantillonnage et ladite colonne de production (5). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit tube d'échantillonnage (7) est un conduit dit de "coiled tubing", de diamètre inférieur ou égal à 38 mm. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (10) sont constitués par une partie cylindrique à chevrons (30), solidaire du tube d'échantillonnage (7), qui coopérent par contact avec un alésage (28) de la colonne de production (5) pour éviter toute fuite entre ladite colonne de production (5) et ledit tube d'échantillonnage (7). 10. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité (10) sont constitués par un raccord à chemise coulissante (19) en deux parties ; une partie mâle ou mandrin de localisation (15) solidaire de l'extrémité du tube d'échantillonnage (7), et une partie femelle intérieure et solidaire de la colonne de production, formée par un palier (20) qui supporte la chemise coulissante (19), le tube d'échantillonnage étant prolongé par un conduit (21) traversant ledit raccord et par lequel est prélevé l'échantillon de fluide de gisement. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit conduit (21) traversant le raccord å chemise coulissante (19) relie le conduit interne du tube d'échantillonnage (7) å un conduit en bipasse latéral (22), extérieur à la colonne de production (5). 12. Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11 caractérisé en ce que le palier (20) support du raccord à chemise coulissante (19) est ajouré (24,25,26) de manière à autoriser le controle de pression ou de circulation simultanément au prélèvement d'échantillon à travers le conduit en bipasse latéral (22), le raccord à chemise coulissante (19) et la tube d'échantillonnage (7).