Brevet FR2703407A1 — publié le 19941007

La présente invention concerne une méthode et un dispositif destinés à optimiser le pompage d'un effluent s'écoulant d'une formation géologique dans un drain Le dispositif comporte des moyens de pompage ayant au moins deux entrées d'aspiration 1 O permettant le soutirage de l'effluent dans au moins deux zones différentes sur la longueur du drain. Le terme de drain utilisé ici signifie un puits foré de façon à traverser au moins une couche géologique productrice d'un effluent qui s'écoule et est collecté par ledit puits ou drain Le drain peut traverser plusieurs couches productrices indépendantes ou non, il peut être cuvelé ou non, et dans le premier cas, le cuvelage peut être cimenté puis perforé ou préperforé. Les méthodes conventionnelles de pompage consistent à mettre en place dans un puits une pompe plongée dans l'effluent produit par une formation géologique traversée par un drain foré à partir du puits Le point d'aspiration de l'effluent est unique et est situé sensiblement dans le voisinage de la pompe La pompe refoule l'effluent vers la surface par l'intermédiaire d'un conduit tubulaire qui relie la pompe avec la surface L'entraînement de la pompe est soit électrique, dans ce cas un câble descendu dans le puits avec la pompe fournit l'énergie électrique au moteur de la pompe, soit mécanique par des tiges de pompage animées à partir de la surface d'un mouvement longitudinal alternatif ou de rotation La pompe peut être du type à piston alternatif ou rotative, par exemple du type "MOINEAU". Dans le cas o le drain traverse les couches productrices de l'effluent sur une grande longueur, par exemple lorsque le drain est sensiblement horizontal dans le réservoir géologique, les pertes de charge dues à l'écoulement sur une grande longueur de drain, 3 5 peuvent ne plus être négligeables Dans ce cas la méthode conventionnelle à tendance à exploiter d'une manière moins efficace les zones du drain les plus éloignées de l'entrée d'aspiration de la pompe De plus, lorsque le drain traverse des couches possédant des hétérogénéités de perméabilité et/ou de composition d'effluent, les fluides de plus grande mobilité seront produits préférentiellement aux autres Dans le cas particulier o il y a apparition de venues d'eau dans une zone du drain, les autres zones situées du coté opposé à la pompe, par rapport à la zone des venues d'eau, seront exploitées d'une manière peu efficace ou peut être plus du tout De même, lorsque la géométrie du drain procure des pièges pour les fluides plus légers. 1 O L'objet de la présente invention est de pallier ces inconvénients sans nécessiter d'équipements complexes et difficiles à mettre en oeuvre dans un puits pétrolier. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de pompage d'un effluent s'écoulant dans un drain foré à travers au moins une 1 5 couche géologique formant un réservoir dudit effluent Le dispositif comporte des moyens de pompage comportant au moins deux entrées d'aspiration espacées entre elles d'une distance prédéterminée. Les moyens de pompage peuvent comporter deux pompes coopérant chacune avec une des deux entrées d'aspiration. Les moyens de pompages peuvent comporter une pompe et des moyens de contrôle des flux provenant à la pompe par les deux entrées d'aspiration. Dans le cas o le dispositif comporte deux pompes, celles-ci peuvent avoir un entraînement commun, par exemple des tiges en rotation ou en mouvement alternatif. Les moyens de contrôle peuvent comporter une vanne de régulation des débits provenant des deux entrées et la vanne peut être télécommandée. L'une des deux entrées d'aspiration peut être située dans le 3 O voisinage des moyens de pompage et l'autre peut se trouver à l'extrémité d'une longueur de tubes solidaires des moyens de pompage. Le dispositif peut comporter un moyen d'étanché annulaire entre ledit tube et la paroi dudit drain adapté à séparer les deux entrées d'aspiration. L'invention concerne une méthode de pompage d'un effluent s'écoulant dans un drain Dans la méthode, on optimise le soutirage de l'effluent par des moyens de pompage ayant au moins deux entrées d'aspiration et on dispose lesdites entrées dans le drain sur des positions prédéterminées et espacées d'une distance non nulle. On peut contrôler les flux d'effluent provenant aux moyens de pompage par lesdites deux entrées. Le contrôle peut être commandé à partir de la surface en fonction de mesures effectuées sur les écoulements de l'effluent. La méthode et le dispositif selon l'invention peuvent être appliqués au pompage d'un effluent s'écoulant dans un drain 1 O subhorizontal. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la description qui suit d'exemples, nullement limitatifs, illustrés notamment par les figures ci-annexées, parmi lesquelles: la figure 1 représente schématiquement le principe de l'invention, la figure 2 montre une réalisation selon l'invention, -la figure 3 illustre une variante selon l'invention, la figure 4 montre une variante d'application selon l'invention. La figure 1 représente un puits 1 foré depuis la surface du sol. Le puits 1 se prolonge dans la couche productrice 2 par un drain 3 sensiblement horizontal La roche de la couche productrice 2 contient un effluent à produire qui s'écoule dans le drain 3 Ces écoulements sont symbolisés ici par les flèches 4 Le niveau atteint par l'effluent dans le puits 1 est référencé 5. Des moyens de pompages 6 sont plongés sous le niveau 5 de façon à ce que les orifices d'aspiration des moyens de pompage soient et restent dans l'effluent pendant la production de l'effluent vers la surface par les moyens de pompage. Une conduite 7 relie les moyens de pompage à la surface En général, la conduite 7 a été utilisée pour la mise en place et le maintien des moyens de pompage 6. Deux entrées d'aspiration 8 et 9 admettent l'effluent dans les moyens de pompage L'entrée 8 est disposée sensiblement au voisinage des moyens de pompage, l'entrée 9 se trouve de préférence vers l'extrémité opposé du drain Un tube 10 de prolongation, solidaire des moyens de pompage constitue une conduite d'aspiration. La longueur de ce tube, compte tenu de la position des moyens de pompage, prédétermine la position de l'entrée d'aspiration 9 une fois les moyens de pompage mis en place dans le puits 1 Bien entendu, l'entrée d'aspiration 8 peut elle aussi être disposée à une certaine distance prédéterminée par rapport aux moyens de pompage, par l'usage d'un autre tube prolongateur L'écart entre les orifices d'aspiration peut être supérieur à 50 m et de préférence supérieur à m, et/ou inférieur à 3000 m, et de préférence à 2000 m. Les moyens de pompage 6 peuvent comporter une ou deux pompes, les aspirations 8 et 9 coopérant dans ce dernier cas chacun avec une pompe La, ou les pompes refoulent préférentiellement l'effluent vers la surface par l'intérieur de la conduite 7 Dans le cas o les moyens de pompage comportent deux pompes, celles ci 1 5 peuvent également comporter des sorties de refoulement séparées nécessitant alors deux conduites de refoulement reliant les moyens de pompage à la surface Deux solutions, non illustrées ici car à la portée de l'homme du métier, sont envisageables: une autre colonne parallèle à la colonne 7, ou la mise en place d'un moyen d'étanchéité du type packer entre l'extérieur du corps des moyens de pompage 6 et les parois du puits 1 Dans cette dernière solution, les conduits de refoulement sont constitués d'une part par la colonne 7 et d'autre part par la conduite annulaire formée par l'extérieur de la colonne 7 et l'intérieur du puits 1 au-dessus du packer d'étanchéité Dans ces deux solutions, les pompes présentent l'avantage de pouvoir être hydrauliquement indépendantes, c'est à dire que le flux de l'effluent transféré par une pompe est totalement séparé de celui transféré par l'autre pompe. Sur la figure 1, les flèches Il montrent l'écoulement de l'effluent provenant de la zone productrice 13 et se dirigeant vers l'entrée d'aspiration 8, les flèches 12 montrent l'écoulement de l'effluent provenant de la zone productrice 14 et se dirigeant vers l'entrée d'aspiration 9. Ainsi, la couche productrice drainée est séparée en deux zones de soutirage alimentant respectivement les entrées d'aspiration 8 et 9 La position des entrées 8 et 9 dans la longueur du drain 3 sera déterminée notamment en fonction de la géométrie, des caractéristiques ou de la nature des effluents du réservoir. La figure 2 illustre le dispositif selon l'invention dans lequel les moyens de pompage 6 comportent deux pompes hydrauliquement indépendantes mais ayant un entraînement commun Les pompes sont ici illustrées par deux corps 15 et 16 de pompe à piston Des pistons 17 et 18 solidaires d'une même tige 19, sont déplacés longitudinalement et alternativement par des tiges de pompage prolongeant la tige 19 jusqu'à la surface Une installation de surface 1 O adéquate, ici une mécanique du type "tête de cheval", déplace le train de tiges de pompage Le train de tiges de pompage est placé dans l'intérieur de la colonne 7. Des clapets 20 liés aux pistons 17, 18 permettent le passage de l'effluent dans chaque chambre supérieure 21, 22 des corps de pompes 15, 16 pendant le mouvement descendant de la tige 19. Pendant la remontée de la tige, l'effluent est refoulé des deux chambres 21 et 22 vers l'intérieur de la colonne 7, soit sensiblement directement pour la chambre 21, soit par l'intermédiaire de la conduite 25 pour la chambre inférieure 22 Un ensemble de clapets de refoulement 23 a, 23 b et d'aspiration 24 a, 24 b complète ces moyens de pompage. L'aspiration 8 est ici représentée directement sur le corps de pompe, mais on ne sortirait pas du cadre de la présente invention si un tube prolonge l'aspiration du corps de pompe 15 d'une certaine distance L'entrée d'aspiration du corps de pompe 16 se trouve à l'autre extrémité du tube prolongateur 10. Il est évident que cette variante peut être adaptée à d'autres types de pompe, par exemple des pompes rotatives du type centrifuge ou "Moineau". 3 O L'entraînement des pompes centrifuges est généralement électrique, ce qui imposera une liaison par câble jusqu'à la surface La motorisation peut être commune aux deux corps, ou indépendante ce qui dans ce cas peut présenter l'avantage d'une adaptation plus fine des caractéristiques de pompage de chaque corps en fonction des zones de soutirage en régulant indépendamment chaque motorisation. L'entraînement des pompes volumétriques, par exemple du type "Moineau" est en général fournit par la rotation d'un train de tiges entraîné par une installation de surface La liaison mécanique des rotors de chaque corps de pompe sera adaptée au mouvement de chaque rotor, par un ensemble de joints universels. La figure 3 représente une autre variante selon l'invention, o les moyens de pompage comportent un seul corps de pompe 28 ayant une entrée 26 et un refoulement 27 de l'effluent transféré Un train de tige 30 entraîne en rotation le rotor 30 par l'intermédiaire d'un joint universel 29. L'admission d'effluent 26 est alimentée à la fois par l'effluent 1 O aspiré par l'entrée 8 et celui provenant de l'entrée éloignée à l'extrémité du tube 10 Les deux flux symbolisés par les flèches 34 et passent respectivement à travers des vannes à ouverture réglable 32 et 33 Le réglage de ces deux vannes est contrôlé par des moyens de commande 38 La télécommande de ces moyens de commande permet, à partir de la surface, d'optimiser le pompage en contrôlant les deux débits On peut notamment arrêter totalement l'un des deux débits, équilibrer la valeur des débits, ou encore équilibrer les pertes de charge à l'aspiration afin d'équilibrer le soutirage des différentes zones du drain. La télécommande peut être transmise par tout moyen connu par l'homme du métier: onde de pression ou électromagnétique, électrique, sonique, hydraulique, fibre optique, etc Des mesures de fond ou de surface pourront être effectuées pour aider à l'optimisation du pompage En particulier, il sera intéressant de connaître les pressions dynamiques au niveau des entrées 8 et 9 et au niveau des moyens de pompage Ces mesures pourront être transmise à la surface par la même transmission que celle de la commande. Les vannes 32 et 33 peuvent ne faire qu'une vanne à deux 3 O entrées et une sortie, comportant un seul boisseau dont le déplacement ouvre l'un des passages tout en refermant l'autre et inversement. La variante selon la figure 3 ne se limite pas à un seul type de pompe Tout type de pompe, adaptée à être immergée dans un puits, convient pour réaliser l'invention. La présente invention ne limite pas à seulement deux entrées d'aspiration, en effet les moyens décrits sont aisément transposables par l'homme du métier, en des moyens équivalents adaptés à plus de deux entrées d'aspiration, pour obtenir des résultats équivalents. La figure 4 montre une application à un drain subhorizontal 3 traversant plusieurs couches productrices 36 et 37 L'entrée d'aspiration 8 soutire principalement l'effluent provenant de la couche 36, l'entrée d'aspiration 9 soutire l'effluent de la couche 37 Un moyen d'étanchéité totale ou partielle 39, lié au tube prolongateur 10, peut être placé entre les deux couches pour améliorer la spécificité de chaque entrée. 1 O D'une manière équivalente, la couche exploitée à partir de l'entrée d'aspiration la plus éloignée des moyens de pompage peut se trouver à une profondeur inférieure par rapport à la première couche traversée par le drain 3 Cela signifie que le drain est foré selon une trajectoire qui remonte vers la surface Bien entendu, ce cas peut également se présenter dans une même couche. REVENDICATIONS 1) Dispositif de pompage d'un effluent s'écoulant dans un drain ( 3) foré à travers au moins une couche géologique ( 2) formant un réservoir dudit effluent, ledit dispositif comportant des moyens de pompage ( 6), caractérisé en ce que lesdits moyens de pompage comportent au moins deux entrées d'aspiration ( 8, 9) espacées entre elles d'une distance prédéterminée. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pompage comportent deux pompes ( 15, 16) coopérant chacune avec une des deux entrées d'aspiration. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pompages comportent une pompe et des moyens de contrôle ( 32,33) des flux provenant à la pompe par les deux entrées d'aspiration. 4) Dispositif selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux pompes ont un entraînement commun ( 19), par exemple des tiges en rotation ou en mouvement alternatif. ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comportent une vanne de régulation des flux provenant des deux entrées et en ce que ladite vanne est télécommandée. 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une des deux entrées d'aspiration est située dans le voisinage des moyens de pompage et en ce que l'autre se trouve à 3 O l'extrémité d'une longueur de tube solidaire des moyens de pompage. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'étanché annulaire ( 39) entre ledit tube et la paroi dudit drain adapté à séparer les deux entrées d'aspiration. 8) Méthode de pompage d'un effluent s'écoulant dans un 3 5 drain, ladite méthode étant caractérisée en ce qu'on optimise le soutirage de l'effluent par des moyens de pompage ayant au moins deux entrées d'aspiration et en ce qu'on dispose lesdites entrées dans le drain sur des positions prédéterminées et espacées d'une distance non nulle. 9) Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'on contrôle les flux d'effluent provenant aux moyens de pompage par lesdites deux entrées. ) Méthode selon la revendication 9, caractérisée en ce que le contrôle est commandé à partir de la surface en fonction de mesures effectuées sur les écoulements de l'effluent. 11) Application de la méthode et du dispositif selon l'une des 1 O revendications précédentes au pompage d'un effluent s'écoulant dans un drain subhorizontal.