Brevet FR2694785A1 — publié le 19940218

La présente invention concerne une méthode et un système d'exploitation de petits gisements pétroliers. La découverte de nouveaux gisements de gaz et d'huile, à faible capacité de production, situés à des profondeurs variables et dans des zones présentant des conditions d'exploitation difficiles a conduit à l'utilisation de nouvelles technologies permettant de diminuer les coûts d'exploitation de ces gisements L'utilisation de plateformes fixes traditionnelles semble devoir être de plus en plus délaissée, au profit de l'utilisation de plateformes flottantes plus légères et jouant le rôle de station intermédiaire pour le transport ou transfert des effluents. Ainsi, les brevets et demandes de brevets FR 2 665 725 et EN 91/04 223 de la demanderesse enseignent d'utiliser des systèmes flottants pour le transfert des effluents polyphasiques, sans séparation de leurs constituants d'un gisement vers une plate-forme principale de traitement à l'aide de moyens de pompage positionnés sur le système flottant ou station flottante intermédiaire Cette méthode nécessite cependant d'avoir en sortie de tête de puits immergée une pression suffisante, non seulement pour permettre la remontée de l'effluent du fond de la mer vers le système flottant, mais également pour qu'après leur remontée, les effluents aient un niveau de pression permettant aux moyens de pompage situés sur la station intermédiaire de leur communiquer une augmentation de pression assurant leur transfert de la station intermédiaire vers un lieu de traitement sur une certaine distance La pression que possède l'effluent à l'entrée des moyens de pompage dépend des caractéristiques du puits (puits très éruptifs ou non) mais aussi de la profondeur à laquelle se trouve le gisement Il s'avère donc nécessaire de développer une méthode permettant de s'affranchir au moins en partie des paramètres influant sur la pression des effluents de manière à étendre les possibilités d'exploitation de la majorité des gisements. L'objet de la présente invention est de proposer une méthode et un système permettant de pallier les inconvénients précédemment cités. Plus particulièrement, dans le cas de la production d'effluent pétrolier polyphasique, le système proposé a pour objet de faciliter la remontée de l'effluent, par exemple, huile, gaz et eau, en provenance du ou des puits de production et donc d'augmenter la pression d'aspiration de la pompe polyphasique. Le principe de base consiste à prélever du gaz, soit en amont de la pompe, soit en aval de celle-ci et après recompression éventuelle de ce gaz, de le réinjecter au moyen d'un ombilical au niveau du pied du riser de production. La présente invention concerne un système d'exploitation de gisements d'huile situés sous une couche d'eau et à proximité d'une plateforme principale, comportant au moins une structure flottante comprenant des moyens de pompage, ladite structure étant située sensiblement à proximité d'au moins une tête de puits de production d'effluents, des premiers moyens de transfert pour transférer les effluents dudit puits de production à la structure flottante, des seconds moyens de transfert desdits effluents de la structure flottante à la plateforme principale et est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de prélèvement d'un fluide à partir desdits effluents et au moins un moyen d'injection dudit fluide sensiblement au niveau de chaque tête de puits. L'une des extrémités, dite première extrémité, desdits moyens d'injection du fluide peuvent être reliés à la structure flottante et la seconde extrémité à la base du premier moyen de transfert. Les moyens d'injection du fluide peuvent être constitués d'un ombilical de production ou d'un riser. Le fluide injecté est de préférence du gaz. La première extrémité des moyens d'injection de gaz peut être liée à la sortie d'une pompe polyphasique comprise dans lesdits moyens de pompage équipant la structure flottante. La structure flottante étant équipée de moyens de pompage comportant un dispositif d'amortissement des fluctuations des 3 O effluents, la première extrémité desdits moyens d'injection de gaz peut être reliée au dispositif d'amortissement. La présente invention concerne aussi une méthode d'exploitation et d'optimisation de l'exploitation de gisements situés sous une couche d'eau comportant les étapes suivantes: a) on transfert vers une structure flottante temporaire située à proximité dudit gisement les effluents produits par ce gisement, b) on prélève desdits effluents un fluide, c) on réinjecte ledit fluide au niveau d'une tête de puits de production immergée sous l'eau, et d) on transfert vers une plate-forme principale une partie au moins dudit effluent. Le fluide favorisant la remontée des effluents peut être du gaz. Le gaz peut être prélevé à la sortie d'une pompe faisant partie des moyens de pompage situés sur la structure flottante. La structure flottante comportant un dispositif de régulation et d'amortissement des fluctuations des effluents, on prélève le gaz au 1 i O niveau de ce dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant différents modes de réalisation et dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention; La figure 2 représente un exemple de réalisation du dispositif dans lequel on prélève du gaz à la sortie d'une pompe; La figure 3 montre le dispositif selon l'invention dans lequel on prélève du gaz au niveau d'un dispositif de régulation des fluctuations des effluents - La figure 4 représente un exemple de réalisation d'un dispositif pour lequel le prélèvement de gaz peut se faire à la sortie d'une pompe et/ou au niveau d'un dispositif de régulation de fluctuation des effluents. La figure 1 montre un exemple de dispositif 1 pour l'exploitation selon l'invention d'un champ de production regroupant plusieurs gisements. Le dispositif 1 ou station flottante intermédiaire est positionnée au-dessus ou à proximité des puits de mise en production des gisements à exploiter à l'aide de moyens d'ancrage 2, de préférence de type caténaire, comportant par exemple des câbles ou lignes flexibles F et des ancres A La station flottante intermédiaire de transfert des effluents 1 comporte une structure flottante 3, telle qu'une bouée, équipée de moyens de transfert des effluents, par exemple un ensemble de pompage 4 et un dispositif 5 permettant de récupérer ou de prélever un fluide, tel que du gaz, en un point quelconque de l'ensemble de pompage 4 La structure flottante 3 est reliée d'une part à la tête de chaque puits de production par des premiers moyens de transfert des effluents 6 tel qu'une conduite ou riser et d'autre part à la base des premiers moyens de transfert 6 par un ombilical d'injection 7 d'un fluide favorisant la remontée des effluents du puits de production vers la station intermédiaire de transfert 1 L'ombilical d'injection 7 est lui-même relié à la tête de puits par un système 8 de régulation fonctionnant à partir des mesures de pression en pied de riser et en surface qui permet, entre autre, de régler la quantité de gaz à injecter Des second moyens de transfert 9 permettent à l'ensemble de pompage 4 d'acheminer les effluents de la station intermédiaire 3 vers une plateforme principale de traitement 10 ou un endroit de stockage Le bloc fonctionnel 11 représente de façon schématique l'ensemble des moyens d'exploitation et de traitement habituellement utilisés dans la profession. L'ensemble de pompage 4 comporte par exemple une pompe P et ses moyens de mise en oeuvre associés La pompe est de préférence de type polyphasique. Une des possibilités de mise en oeuvre de la méthode d'exploitation selon l'invention peut être la suivante: 1) on positionne et ancre, à l'aide de moyens d'ancrage 2 la structure flottante 3 au- dessus ou à proximité du ou des puits de production appartenant au gisement que l'on veut exploiter; 2) on injecte un fluide, par exemple du gaz, au travers de l'ombilical d'injection 7 à la base des premiers moyens de transfert des effluents 6 et on remonte les effluents jusqu'à la structure flottante 3 à travers les premiers moyens de transfert 6, l'injection de gaz ayant pour rôle de favoriser la remontée des effluents en allégeant l'effluent Cette technique est souvent désignée par les termes anglo-saxons, notamment "gas-lift". 3) On transfère les effluents de la structure flottante 3 vers la plateforme de traitement 10, par exemple, à l'aide de l'ensemble de pompage 4 situé sur la structure flottante à travers des seconds moyens de transfert 9 tels qu'une canalisation ou un pipe; 4) on déplace la station flottante 1 en fin d'exploitation du champ de production vers un autre champ à exploiter, simplement en exerçant une traction sur la ligne flexible d'ancrage. Le transfert des effluents de la structure flottante vers la plateforme de traitement se fait de préférence sans séparation des constituants. Au cours de l'exploitation du champ de production, on effectue différents contrôles de fonctionnement de l'ensemble de pompage et des puits de production, ces contrôles étant bien connu de l'homme de 1 i O l'art nous ne les détaillerons pas dans la présente description. Une ligne matérielle 12 utilisée pour l'envoi des signaux de télécommande permettant de réaliser les différents contrôles ou de surveiller et commander la conduite des procédures d'exploitation relie la structure flottante 3 à la plateforme de traitement. Les signaux pourraient de la même façon être envoyés par tout autre moyen connu par l'homme de l'art. Le système de régulation d'injection du gaz 8 est, par exemple, une duse à section variable lorsque l'on envoie le gaz dans l'ombilical d'injection en continu. Lorsque l'on utilise une méthode de gas-lift intermittent, le système de régulation 8 peut être un dispositif qui permet de régler la durée et la périodicité des injections comme il est bien connu de l'homme de l'art. Le gaz injecté à la base des premiers moyens de transfert peut provenir de diverses sources comme le précise la suite de la description. Suivant le mode de réalisation de la figure 2 le gaz utilisé pour favoriser la remontée des effluents dans les premiers moyens de transfert 6 est prélevé en sortie de la pompe P Les effluents 3 O provenant d'un puits de production remontent vers la structure flottante 3 par l'intermédiaire des moyens de transfert 6, jusqu'à la pompe P Un dispositif 13 situé en aval de la pompe permet de prélever une certaine quantité de l'effluent ayant traversé la pompe P Ce système de prélèvement de débit polyphasique peut être du type piquage simple ou concentrique L'effluent prélevé étant ensuite envoyé dans un dispositif 14 qui permet de le séparer en une partie constituée principalement de gaz et une partie riche en liquide Ce dispositif peut comporter un ballon de séparation La partie riche en liquide est envoyée vers l'entrée de la pompe P ou bien évacuée vers un autre endroit La partie constituée essentiellement de gaz est envoyée par l'intermédiaire d'une canalisation vers l'ombilical d'injection de gaz 7 dans le but d'être mélangée avec l'effluent provenant du puits Le circuit de réinjection de la partie gazeuse de l'effluent comporte un compresseur 17 qui recomprime l'effluent, si celà s'avère nécessaire Un capteur de pression 15 situé en amont du compresseur permet de déterminer la valeur de la pression de la partie gazeuse de l'effluent Si cette valeur est située au-dessous d'une valeur seuil déterminée, la partie gazeuse de l'effluent passe à travers le compresseur 17, dans le cas contraire cette partie est envoyée directement dans l'ombilical d'injection 7 et mélangée à l'effluent provenant du puits par l'intermédiaire du système de régulation 8. La figure 3 schématise un autre mode de réalisation de l'invention plus particulièrement adapté à une structure flottante dont l'ensemble de pompage comporte un ballon régulateur des fluctuations de l'effluent. Selon ce schéma, les effluents remontent du puits de production par l'intermédiaire des premiers moyens de transfert 6 jusqu'à un ballon tampon régulateur ou ballon tampon 18 Le ballon tampon est équipé d'une prise de gaz 19 située de préférence dans sa partie haute et qui permet de prélever une certaine quantité de gaz La partie prélevée de gaz est ensuite envoyée dans l'ombilical d'injection 7 par l'intermédiaire d'un circuit de réinjection qui permet de recomprimer le gaz si nécessaire Le circuit de réinjection comporte un capteur de pression 20, un compresseur 21 et une dérivation ou bypass 22 de ce compresseur Dans le cas o la pression du gaz est située au-dessus d'une certaine valeur seuil le gaz passe directement par le bypass, dans le cas o la valeur de la pression du gaz est insuffisante, le gaz est recomprimé dans le compresseur 21 avant d'être envoyé dans l'ombilical d'injection 7 pour être ensuite mélangé à l'effluent en provenance du puits par l'intermédiaire du système de régulation 8. La valeur seuil de la pression correspondant à la valeur de la pression que doit posséder le gaz pour assurer son rôle de gas-lift est calculée en tenant compte des pertes de charge dues au circuit que parcourt l'effluent de la tête de puits jusqu'à la structure flottante, de la pression de départ tête de puits, de la pression dans le ballon, et de la pression au niveau de la pompe La pression du compresseur est ajustée de façon à communiquer à la partie gazeuse de l'effluent prélevée le complément de pression lui permettant de jouer son rôle d'aide à la remontée de l'effluent. Bien entendu, on ne sortira pas du cadre de la présente invention si le ballon séparateur 18 est remplacé par un autre dispositif remplissant la même fonction de séparation, tel par exemple celui décrit dans le brevet français FR-2 513 534. La figure 4 montre un mode de réalisation combinant les schémas de fonctionnement des figures 2 et 3. Dans ce cas, la partie gazeuse de l'effluent utilisée pour faciliter la remontée de l'effluent peut être prélevée en sortie de la pompe P et/ou au niveau du ballon régulateur 18. Le fait d'utiliser l'une ou l'autre de ces voies de prélèvement ou les deux dépend de la quantité de gaz désirée. Le fonctionnement d'un tel dispositif se fait ensuite selon un schéma décrit par exemple en relation avec la figure 2. Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent être apportées par l'homme de métier au procédé et au dispositif dont la description vient d'être donnée à titre nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Système permettant d'optimiser l'exploitation de petits gisements situés sous une couche d'eau comportant une plateforme principale, au moins une structure flottante ( 3) comprenant des moyens de pompage ( 4), ladite structure étant située sensiblement à proximité d'au moins une tête de puits de production d'effluents, des premiers moyens de transfert ( 6) pour transférer les effluents dudit puits de production à ladite structure flottante ( 3) des seconds moyens de transfert ( 9) desdits effluents de la structure flottante ( 3) à la plateforme principale ( 10), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen de prélèvement ( 5) d'un fluide à partir desdits effluents et au moins un moyen d'injection ( 7) dudit fluide, sensiblement au niveau de ladite tête de puits. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des extrémités, dite première extrémité, desdits moyens d'injection du fluide sont reliés à la structure flottante intermédiaire et la seconde extrémité à la base du premier moyen de transfert. 3) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'injection de gaz sont constitués d'un ombilical de production ou d'un riser. 4) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide injecté est un gaz. 5) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la première extrémité des moyens d'injection de gaz est liée à la sortie d'une pompe polyphasique comprise dans lesdits moyens de pompage situé sur ladite structure flottante. 6) Système selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure flottante étant équipée de moyens de pompage comportant un dispositif d'amortissement des fluctuations des effluents, la première extrémité desdits moyens d'injection de gaz est reliée au dispositif d'amortissement. 7) Méthode d'exploitation et optimisation de l'exploitation de gisements situés sous une couche d'eau comportant les étapes suivantes: a) on transfert vers une structure flottante temporaire située à proximité dudit gisement les effluents produits par ce gisement, b) on prélève desdits effluents un fluide, c) on réinjecte ledit fluide au niveau d'une tête de puits de production immergée sous l'eau, et d) on transfert vers -une plate-forme principale une partie au moins dudit effluent. 8) Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'on utilise comme fluide favorisant la remontée des effluents du gaz. 9) Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que le gaz est prélevé à la sortie d'une pompe faisant partie des moyens de pompage situés sur la structure flottante. ) Méthode selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure flottante comportant un dispositif de régulation et d'amortissement des fluctuations des effluents on prélève le gaz au niveau de ce dispositif.