Brevet FR2671375A1 — publié le 19920710

La présente invention a trait à un procédé d'exploitation de gisements pétroliers en "double complétion". Dans le domaine de la production de pétrole, le vocable "double complétion" est couramment utilisé en relation avec les gisements comportant deux couches géologiques contenant des hydrocarbures, séparées par au moins une couche imperméable. Que les hydrocarbures soient alors en phase gazeuse, en phase liquide ou encore se présentent sous forme d'un mélange huile-gaz, la technique de la "double complétion" vise à les récupérer en surface sans qu'il y ait contact entre les fluides provenant de chacune des couches. Le procédé mis en oeuvre jusqu'ici consiste à utiliser un puits de production traversant les deux couches. Son cuvelage est alors percé de perforations au droit de chacune des deux couches productrices. Par ailleurs, deux tubes de production communiquant avec la surface et munis chacun d'une vanne de sécurité sont placés l'un à côté de l'autre dans le puits. Le premier d'entre eux est par exemple plus court et s'arrête en regard des perforations supérieures. Le second se prolonge jusqu'aux perforations les plus basses et présente avantageusement un léger coude afin de rattraper une position plus centrale dans le cuvelage du puits sitôt l'extrémité inférieure du premier tube dépassée. Le système est enfin complété par deux obturateurs disposés entre le cuvelage et les tubes afin de contraindre les hydrocarbures à s'écouler au sein de ces derniers.Un de ces obturateurs se situe plutôt à la profondeur de la couche imperméable intermédiaire. Sa forme demeure simple, pour boucher l'espace annulaire entre le second tube et le cuvelage. L'autre au contraire est de structure plus complexe puisque, se trouvant au- dessus de la couche productrice supérieure, il lui faut réaliser l'isolation tout en livrant passage aux deux tubes. C'est là un des inconvénients majeurs du procédé d'exploitation en "double complétion" traditionnel. L'obturateur correspondant, appelé dans le métier obturateur double, est en effet de conception relativement sophistiquée. Et il s'ensuit, outre un coût nettement plus élevé que celui d'un obturateur annulaire simple, une mise en oeuvre plus délicate. D'autres inconvénients sont plus directement liés aux tubes. En particulier leur mise en place l'un à côté de l'autre est toujours une opération difficile à réaliser. On conçoit aussi que la section de passage ainsi offerte aux fluides issus des deux couches productrices demeure relativement faible par rapport à la section totale disponible dans le cuvelage notamment. C'est ainsi que la présente invention vise un procédé d'exploitation de gisements pétroliers en "double complétion" qui évite les inconvénients de l'art antérieur. En particulier, on cherche à mettre en oeuvre un matériel de conception plus simple et à garantir, à taille de cuvelage comparable, des sections de passage plus grandes. Cela doit cependant aller de paire avec un système de sécurité du puits satisfaisant. Conformément à la présente invention, cet objectif est atteint par un procédé d'exploitation en "double complétion" d'un gisement pétrolier comportant une couche productrice d'hydrocarbures supérieure et une couche productrice d'hydrocarbures inférieure, un puits d'exploitation traversant les deux couches productrices et ayant une paroi revêtue ou non au droit des deux couches de telle sorte que les hydrocarbures des deux couches peuvent pénétrer dans le puits, caractérisé en ce qu'il consiste: a) dans une phase préliminaire à la production, à disposer dans le puits:: - un tube périphérique dont une extrémité inférieure se trouve au-dessus de la couche productrice supérieure, un premier bouchon annulaire étant disposé autour de l'extrémité inférieure du tube périphérique pour boucher l'espace entre le tube périphérique et la paroi revêtue ou non du puits, - un tube central à l'intérieur du tube périphérique de sorte qu'un annulaire est défini entre eux, une extrémité inférieure du tube central se trouvant entre la couche productrice supérieure et la couche productrice inférieure, un second bouchon annulaire étant disposé autour de l'extrémité inférieure du tube central pour boucher l'espace entre le tube central et la paroi revêtue ou non du puits;; - un ensemble de sécurité comportant un manchon en forme de cylindre à paroi épaisse ayant une surface latérale intérieure et une surface latérale extérieure ainsi qu'une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, un troisième bouchon étant disposé à peu près à mi-hauteur du manchon pour le boucher intérieurement, une première série de conduits percés dans l'épaisseur du manchon partant de son extrémité supérieure pour aboutir à sa surface latérale intérieure entre le bouchon et son extrémité inférieure, une seconde série de conduits percés de même dans l'épaisseur du manchon partant de son extrémité inférieure pour aboutir à sa surface latérale intérieure entre le bouchon et son extrémité supérieure, la surface latérale intérieure du manchon se raccordant au tube central et sa surface latérale extérieure au tube de cuvelage, deux vannes de sécurité étant assujetties au tube central pour le fermer en cas d'accident de part et d'autre du manchon; b) dans une phase d'exploitation proprement dite, à faire passer: - au bas du puits, les hydrocarbures provenant de la couche productrice inférieure dans le tube central et ceux provenant de la couche productrice supérieure dans l'annulaire; - en haut du puits, les hydrocarbures provenant de la couche productrice supérieure dans le tube central et ceux provenant de la couche productrice inférieure dans l'annulaire; les hydrocarbures des deux couches se croisant au sein du manchon. On remarque la rusticité de tout le matériel mis en place lors de la phase préliminaire du présent procédé. I1 est alors recommandé de veiller à ce que l'espace entre le tube périphérique et la paroi revêtue ou non du puits soit choisi aussi faible que le permettent les manoeuvres de mise en place du tube périphérique et à ce que les vannes de sécurité aient un corps prenant place autour du tube central auquel elles sont assujetties. Ainsi obtient-on en effet les sections de passage maximales pour la remontée séparée des deux sortes d'hydrocarbures. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de l'exemple détaillé ci-dessous en regard du dessin joint en annexe. Sur ce dernier: - la figure est une coupe schématique d'un puits de production de pétrole en "double complétion" dans lequel est mis en oeuvre un mode de réalisation du présent procédé. La figure unique présente davantage un schéma de principe d'un mode de réalisation préféré de l'invention. Pour cela, un axe vertical I-I a été reporté qui correspond à l'axe de rotation d'un puits d'exploitation pétrolière montré en coupe longitudinale. Celui-ci traverse un gisement comportant notamment deux couches 210, 220 riches en hydrocarbures séparées par une couche 200 imperméable. Sur le dessin, ces couches sont esquissées de part et d'autre du puits sous forme de bandes subhorizontales. Même si les hydrocarbures qu'elles contiennent respectivement sont identiques, des symboles distincts les repèrent sur la figure: tirets pour ceux de la couche 210 supérieure et points pour ceux de la couche 220 inférieure. Deux droites légèrement incIinées sur l'horizontale et situées entre les deux couches symbolisent une coupe pour indiquer par ailleurs qu'elles sont distantes d'une hauteur a priori quelconque. C'est ainsi que le contenu fluide de chacune des deux couches pénètre dans le puits. Dans ce but, le cuvelage 20 de ce dernier est par exemple pourvu de perforations 21 (resp. 22) au droit de la couche 210 (resp. 220). I1 se peut aussi qu'il n'y ait pas de cuvelage du tout au bas du puits. C'est notamment le cas en roche dure. Afin qu'il n'y ait pas contact entre les hydrocarbures des deux couches au cours de leur remontée au sein du puits, la présente invention prévoit d'y disposer deux tubes de production concentriques. Le tube intérieur, plutôt appelé par la suite tube 10 central, descend au-delà de la couche 210 productrice supérieure jusqu'au droit de la couche 200 imperméable. Dès lors, il convient que son extrémité inférieure se trouve en regard d'une partie du cuvelage 20 dépourvue de perforations, et cela sur une hauteur suffisante pour qu'un obturateur 1 1 annulaire, interposé à cet endroit entre le tube 10 central et le cuvelage 20, empêche efficacement les hydrocarbures de la couche 210 supérieure de pénétrer à l'intérieur du tube 10 central. Ceux provenant de la couche 220 inférieure sont alors au contraire libres de s'y engouffrer (notamment sous l'effet de la pression régnant au sein de la couche). Dans les paragraphes qui suivent, le tube extérieur sera appelé quant à lui tube 30 périphérique. L'espace 32 le séparant du cuvelage 20 est souvent rempli d'un liquide relativement dense. Un obturateur 31 annulaire disposé dans l'espace 32 permet alors de retenir ce liquide. n a pour rôle de soulager le cuvelage en exerçant sur lui un effort de soutènement radial. Comme l'illustre la figure, l'obturateur 31 annulaire est disposé conformément à l'invention au-dessus des perforations 21 supérieures du cuvelage 20. I1 enserre alors l'extrémité inférieure du tube 30 périphérique de sorte que les hydrocarbures provenant de la couche 210 supérieure remontent (également sous l'effet de leur pression propre) à l'intérieur de ce dernier tube.La présence à cette profondeur du tube 10 central plus long, les obligent cependant à s'écouler seulement dans l'annulaire 9 entre les deux tubes concentriques. Dans le cadre de l'invention, ces tubes sont en outre dotés d'un ensemble de sécurité particulier. Celui-ci est notamment décrit dans la demande de brevet français nO 90-05931 déposée le 11 mai 1990 par la demanderesse. Sans en donner ici tous les détails de construction, on en rappelle la structure générale. Tout d'abord, il comprend un manchon 100 se présentant sous la forme d'un cylindre de quelques mètres de hauteur et à paroi épaisse. Son diamètre intérieur est choisi pour que le tube 10 central s'y raccorde de sorte que la surface intérieure du manchon 100 forme avec lui une seule et même conduite 110 centrale. En service cependant, cette conduite 110 centrale est fermée à l'aide d'un bouchon 60 prenant place dans le manchon 100 à mi-chemin entre ses extrémités supérieure et inférieure. Le diamètre extérieur du manchon 100 est de son côté choisi pour que le tube 30 périphérique s'y raccorde de sorte que la surface extérieure du manchon 100 forme avec lui un espace 32 intermédiaire continu. n s'ensuit que l'épaisseur du manchon 100 coincide à peu de chose près avec l'annulaire 9 entre les deux tubes concentriques. Ce dernier ne s'en trouve pas pour autant obturé, cardes conduits 131 longitudinaux y sont percés. Une première série de ces conduits part de l'extrémité supérieure du manchon 100 et, par une partie 113 coudée, aboutit à sa surface intérieure en dessous du bouchon 60. Une seconde série de ces conduits part inversement de l'extrémité inférieure du manchon 100 et aboutit de même à sa surface intérieure, mais cette fois au-dessus du bouchon 60. En d'autres termes, on réalise ainsi le croisement des écoulements établis respectivement dans la conduite 110 centrale et dans l'annulaire 9. L'intérêt de ce croisement apparaît sitôt qu'on examine les autres composants de l'ensemble de sécurité utilisé ici. Ce sont en effet des morceaux 13h et 13b de tube 10 central assujettis respectivement au-dessus et en dessous du manchon 100 et autour de chacun desquels est fixé le corps 53 d'une vanne 50 de sécurité. Avec des clapets 52 à l'intérieur de la conduite 110 centrale, ces vannes peuvent être de type courant, dites "normalement fermées", plutôt amovibles pour être installées notamment au câble. Des morceaux 33h et 33b de tube 30 périphérique prennent en outre place autour des morceaux 13. L'ensemble de sécurité ainsi constitué atteint le cas échéant une dizaine de mètres de hauteur. ll est inséré dans le train de tubes élémentaires descendus dans le puits pour former les deux tubes concentriques de production.C'est ainsi qu'en cas de nécessité (accident ou mise en sommeil), les vannes 50 sont à même, en se fermant, d'arrêter les écoulements des deux sortes d'hydrocarbures. La localisation des vannes en dehors de la conduite 110 centrale laisse cependant cette dernière largement dégagée. En particulier, il demeure possible de descendre en son sein différents outils de fond, le démontage du bouchon 60 ne posant pas de difficulté. Par ailleurs, comme l'indiquent symboliquement les deux lignes inclinées sur l'horizontale coupant le puits sous l'ensemble de sécurité, ce dernier peut être disposé à n'importe quelle profondeur. ll est alors choisi de le placer selon les besoins en matière de sûreté (vis-à-vis d'éventuels sabotages par exemple) ou relativement à l'activité du puits (pour une exploitation plus ou moins intermittente, etc.). Outre ces avantages qui, avec d'autres non évoqués ici, tiennent au demeurant à la nature même de l'ensemble de sécurité retenu, le procédé de "complétion double" qu'on vient d'exposer, présente des intérêts plus spécifiques. D'un côté en effet, les sections de passage pour chacun des deux écoulements d'hydrocarbures sont rendues maximales. Pour s'en convaincre, il suffit de constater qu'au bas du puits de production, toute la section intérieure du tube 30 périphérique est le lieu d'écoulements, les hydrocarbures de la couche 220 inférieure passant par la conduite 110 centrale et ceux de la couche 210 supérieure par l'annulaire 9. De ce point de vue, il est recommandé de choisir le diamètre du tube 30 périphérique aussi grand que possible compte tenu de la section totale disponible dans le puits cuvelé.De même, en haut du puits, les deux sortes d'hydrocarbures étant toutefois échangées, ils s'écoulent à pleines sections. Entre les deux, le manchon 100 ne constitue pas vraiment un resserrement du passage dans la mesure où les conduits 131 percés dans sa paroi sont très nombreux (par exemple huit dans chaque série). De même, ce ne sont pas les vannes 50 disposées autour du tube 10 central qui constituent un obstacle important aux écoulements. n s'ensuit que les pertes de charge à la remontée des hydrocarbures sont minimisées. D'un autre côté, seuls des obturateurs simples pour boucher un annulaire sont mis en oeuvre. Ce sont l'obturateur 31 isolant le liquide 32 de soutènement vis-à-vis des hydrocarbures de la couche supérieure et l'obturateur Il isolant les deux sortes d'hydrocarbures. Le recours aux obturateurs doubles est ainsi évité avec le surcoût qu'il implique. On remarque que ces deux derniers avantages proviennent de l'emploi de tubes de production concentriques. Cette disposition remarquable est toutefois envisageable ici grâce à l'utilisation conjointe de l'ensemble de sécurité rappelé ci-dessus. Ce dernier permet en effet d'arrêter en cas de nécessité la remontée des hydrocarbures, et cela sans rien perdre des deux avantages en question. Aussi a-t-on choisi de caractériser l'invention dans les revendications suivantes par l'utilisation de cet ensemble certes connu, mais dans le contexte nouveau de la production en "double complétion". Revendications 1.- Procédé d'exploitation en "double complétion" d'un gisement pétrolier comportant une couche (210) productrice d'hydrocarbures supérieure et une couche (220) productrice d'hydrocarbures inférieure, un puits d'exploitation revêtu d'un cuvelage (20) traversant les deux couches (210, 220) productrices et ayant une paroi revêtue ou non au droit des deux couches (210, 220) de telle sorte que les hydrocarbures des deux couches (210, 220) peuvent pénétrer dans le puits, caractérisé en ce qu'il consiste: a) dans une phase préliminaire à la production, à disposer dans le puits:: - un tube (30) périphérique dont une extrémité inférieure se trouve au-dessus de la couche (210) productrice supérieure, un premier bouchon (31) annulaire étant disposé autour de l'extrémité inférieure du tube (30) périphérique pour boucher l'espace (32) entre le tube (30) périphérique et la paroi revêtue ou non du puits, - un tube (10) central à l'intérieur du tube (30) périphérique de sorte qu'un annulaire (9) est défini entre eux, une extrémité inférieure du tube (10) central se trouvant entre la couche (210) productrice supérieure et la couche productrice inférieure, un second bouchon (11) annulaire étant disposé autour de l'extrémité inférieure du tube (10) central pour boucher l'espace entre le tube (10) central et la paroi revêtue ou non du puits;; - un ensemble de sécurité comportant un manchon (100) en forme de cylindre à paroi épaisse ayant une surface latérale intérieure et une surface latérale extérieure ainsi qu'une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, un troisième bouchon (60) étant disposé à peu près à mi-hauteur du manchon (100) pour le boucher intérieurement, une première série de conduits (131) percés dans l'épaisseur du manchon (100) partant de son extrémité supérieure pour aboutir à sa surface latérale intérieure entre le bouchon (60) et son extrémité inférieure, une seconde série de conduits (131) percés de même dans l'épaisseur du manchon (100) partant de son extrémité inférieure pour aboutir à sa surface latérale intérieure entre le bouchon (60) et son extrémité supérieure, la surface latérale intérieure du manchon (100) se raccordant au tube (10) central et sa surface latérale extérieure au tube (30) périphérique, deux vannes (50) de sécurité étant assujetties au tube (10) central pour le fermer en cas d'accident de part et d'autre du manchon (100); b) dans une phase d'exploitation proprement dite, à faire passer: - au bas du puits, les hydrocarbures provenant de la couche (220) productrice inférieure dans le tube (10) central et ceux provenant de la couche (210) productrice supérieure dans l'annulaire (9); - en haut du puits, les hydrocarbures provenant de la couche (210) productrice supérieure dans le tube (10) central et ceux provenant de la couche (220) productrice inférieure dans l'annulaire (9); les hydrocarbures des deux couches (210, 220) se croisant au sein du manchon (100). 2.- Procédé d'exploitation en "double complétion" d'un gisement pétrolier selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'espace (32) entre le tube (30) périphérique et la paroi revêtue ou non du puits est choisi aussi faible que le permettent les manoeuvres de mise en place du tube (30) périphérique. 3.- Procédé d'exploitation en "double complétion" d'un gisement pétrolier selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en outre en ce que les vannes (50) de sécurité ont un corps (52) prenant place autour du tube (10) central auquel elles sont assujetties. 4.- Procédé d'exploitation en "double complétion" d'un gisement pétrolier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi du puits est revêtue d'un cuvelage (20) muni de perforations (21, 22) au droit des couches (210, 220) productrices d'hydrocarbures. 5.- Procédé d'exploitation en "double complétion" d'un gisement pétrolier selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un liquide de soutènement retenu par un quatrième bouchon (31) annulaire est disposé entre le cuvelage (20) et le tube (30) périphérique.