Brevet FR2658559A1 — publié le 19910823

-1- La présente invention concerne un concept nouveau de "tubage auxi- liaire d'injection" ( T A L) destiné à injecter dans un puits, en continu, depuis la surface, sans arrêter l'exploitation un fluide contenant des agents inhibiteurs de corrosion et/ou de dépot L'invention est notamment applicable aux puits géothermiques pour combattre les effets de la thermochimie corrosive et incrustante du fluide géothermal et préserver la longévité des ouvrages Ces problèmes sont bien connus dans le bassin parisien o de nombreux" doublets" géother- miques (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 installations, le fluide géothermal eau chaude dont la tempé- rature est comprise entre 50 'C et 850 C et à salinité élevée ( 15 à 25 g/1) - comporte une phase gazeuse dissoute enrichie en C 02 et H 2 '$ qui lui confèrent une légère acidité (p H de 6 à 6,4) Cette agressivité se traduit dans certaines zones du réservoir capté par des endommagements répé- tés et accélérés des ouvrages sous l'effet de la corrosion et de dépots af- fectant les tubages et du colmatage affectant le découvert (zone de cap- tage du réservoir) Le mécanisme d'endommagement peut être résumé comme suit: corrosion du tubage du puits producteur et, à un degré moindre, de l'ouvrage 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 chaleur, dépôts/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 boude géothermale et colmatage des ouvrages et équipements de surface. Pour réduire, à défaut d'éradiquer, ces endommagements divers moyens curatifs et préventifs peuvent être utilisés Les moyens préventifs chimi- ques sont parmi les plus employés Basés sur l'injection en fond de puits d'agents inhibiteurs de corrosion/dépôt à fonctions respectivement fil- mante (corrosion) et dispersante (dépôt), ces procédés n'ont pas démon- tré dans leurs applications en géothermie toute la fiabilité requise, en rai- son particulièrement de la tenue du T A I Les brevets 2 463197 et 2 502 239 décrivent respectivement un procédé inhibiteur par injection d'amines aliphatiques et un dispositif d'injection en fond de puits connecté à l'extrémité d'un tube auxiliaire d'injection. L'objet même d'un puits est d'extraire un débit le plus élevé possible; l'encombrement du TAI à l'intérieur de la colonne de production doit donc être minimum pour limiter les pertes de charge Les tubings usuels en 1 " ou 1 " 1/4 en acier au carbone sont rapidement corrodés au contact du fluide géothermal Le recours aux "macaronis" 1 " en fibre de verre donne lieu régulièrement à des incidents en raison des caractéristiques mécaniques trop faibles du matériau. 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 pré- sence d'H 2 S dissous, à faible concentration. L'invention, objet de la présente demande, pallie les inconvénients des systèmes actuels en utilisant une âme métallique offrant les caractéristi- ques mécaniques nécessaires pour cette application, enrobée d'un maté- riau inerte vis à vis du fluide géothermal, tout en restant d'un diamètre limité. -3- 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 présente un exemple d'application de tube auxiliaire d'injec- tion dans un puits de production équipé d'une pompe immergée; la figure 2 présente une coupe d'un tube auxiliaire d'injection réalisé conformément à l'invention objet de la présente demande. Le fluide géothermal sur la figure 1, est refoulé par la pompe 1 dans le tubage de production 2, et, après passage dans la vanne maîtresse 3 de la tête de puits 4 est envoyé dans le réseau de surface 5 vers -les échan- geurs Le tube auxiliaire d'injection 6 est introduit dans la tête de puits 4 par l'intermédiaire d'un presse étoupe ( "stuffing box") 7, assurant l'étanchéité du TAI sur la tête de puits 4 même lorsque celui-ci est en mouvement, notamment lors de sa mise en place En surface, le TAI est enroulé sur un touret 8 permettant de positionner l'extrémité inférieure du TAI à la profondeur voulue Entre le touret 8 et le presse étoupe 7, un réa 9 assure le support du T A I avec un rayon d'enroulement compa- tible avec ses caractéristiques et le maintient en position Un exemple de l'invention, objet de la présente demande, est présenté sur la figure 2 Celle-ci comprend une âme tubulaire mécanique 10 ser- vant d'une part à véhiculer les agents inhibiteurs et d'autre part à donner les caractéristiques mécaniques nécessaires à l'injection des agents inhibi- teurs L'extérieur de l'âme mécanique est enrobée d'un matériau 11 électrochimiquement inerte vis à vis du fluide capté; cet enrobage pour- ra être réalisé avec une machine de fabrication en continu, permettant de noyer dans le matériau Il l'âme tubulaire 10 et les cables de soutien 12. Cette réalisation pourra par exemple utiliser les techniques d'extrusion ou de pultrusion Dans les applications courantes, le matériau d'enrobage 11 sera un matériau polymérique résistant bien aux contraintes mécani- ques d'utilisation et aux contraintes thermiques ou chimniques Certaines 4- applications pourront par exemple justifier l'utilisation d'un élastomère, d'un polyamide ou de matériaux type P Th E (téflon) notamment en cas de problême de température Le choix précis du matériau constituant l'enrobage 11 devra tenir compte de l'environnement spécifique de l'ap- plication: géothermie, pétrole, température Noyés dans l'enrobage 11 et à l'extérieur du tube 10, des cables de soutien armés en acier 12 per- mettent d'une part de protéger le tube 10 en cas de détérioration ou d'usure ponctuelle de l'enrobage 11, par exemple, à la suite de descentes répétées -d'instruments de mesure dans le puits, et d'autre part de confé- rer au TAI ainsi constitué, des caractéristiques mécaniques autorisant des mises en place/retraits en toute sécurité,même en cas de rupture du tube 10 L'isolement par le matériau d'enrobage 11 des masses métalli- ques en présence évite la formation de couples galvaniques. Dans un mode préféré de réalisation de l'inventionle diamètre extérieur du TAI terminé est en 1 " ( 25,4 mm), pour rester dans les standards pé- trole; l'âme 10 utilise un matériau devant résister aux formulations inhi- bitrices et pouvant être un tube inox 316 L, de diamètre extérieur 10 mm et intérieur 8 mm D'autres applications pourront utiliser des matériaux du type (mais non limités à) Incoloy 825, Inconel 625, Hasteloy Le nombre des cables de soutien 12, de préférence 4, pourra varier en fonc- tion des applications Sur la figure 2, le diamètre extérieur des cables 12 est de 5 mm; celui-ci pourra varier en fonction des standards disponibles et des dimensions des autres composants Par exemple, dans un autre mode de réalisation le TAI pourra avoir un diamètre extérieur de 1 " 1/4 ( 31,75 mm) et l'âme 10, un diamètre extérieur de 12 mm et un diamètre intérieur de 10 mmi Pour des raisons évidentes, le coefficient d'élonga- tion du matériau constituant les cables 12 est inférieur à celui du tube 10. Ce concept pourra être utilisé aussi bien en mode "résident" ( mis en place à demeure) qu'en mode temporaire monté sur une unité dite "coi- led tubing" (tubage bobiné) pour des injections "à la demande". -5- REVENDICATIONS 1-Dispositif pour injecter depuis la surface des agents inhibiteurs de corrosion et de dépôt dans un puits, sans arrêter l'exploitation, compor- tant un tube auxiliaire d'injection 6 véhiculant les agents injectés, com- portant une âme tubulaire métallique 10 enrobée dans un matériau 11 in- erte vis à vis du fluide capté par le puits et des cables de soutien 12 dis- posés autour de l'âme tubulaire 10, enrobés eux aussi dans le matériau 11, apte à donner au dispositif une résistance mécanique nécessaire aux opérations de descente/remontée et assurant par ailleurs une protection mécanique secondaire du tube 10 en cas de détérioration de l'enrobage 11, l'enrobage 11 assurant pour sa part la protection du tube 10 vis à vis de l'agressivité du fluide capté par le puits. 2-Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le dit tube auxiliaire peut être réalisé en continu sur de grandes longueurs et enrou- lé sur un touret 8 permettant une mise en place et un stockage en surface aisés. 3-Dispositif selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dit tube auxiliaire peut être monté sur une unité mobile type "coiled tubing" (tubage bobiné) pour des interventions à la demande. 4-Dispositif selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le dit tube auxiliaire peut être monté à demeure, en mode résident, sur un puits. 5-Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le matériau 11 peut être un polymère extrudable en continu sur de grandes lon- gueurs. 6-Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les cables de soutien 12 sont des cables métalliques. 7-Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que le matériau q -6de l'âme 10 est choisi de manière à résister aux formulations inhibitrices utilisées. 8-Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que le maintien en surface du tube auxiliaire d'injection 6 est assuré par un réa 9.