Brevet FR2727475A1 — publié le 19960531

La présente invention concerne une méthode et un système de production d'hydrocarbure par pompage, particulièrem:nt adaptes à des gisements d'huile visqueuse. On connaît le document FR-2692320 qui décrit un dispositif de pompage pour les fluides visqueux comportant l'injection d'un produit fluidifiant en amont de l'aspiration de de la pompe, au niveau des orifices de séparation entre l'huile ct Ic gaz. Cc dispositif présente notamment l'inconvénient de necessiter une opération supplémentairc pour la mise en place d'une conduite spéciale pour l'injection du produit. De plus, la pompe doit avoir la capacit d'opérer le débit d'huile produite par la formation majoré du débit du produit fluidifiant injecte. Ainsi, la présente invention concerne une méthode de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une formation géologique, dans laquellc des moyens de pompage comportant un rotor et un stator sont placés à la partie basse d'une colonac immergée dans ledit effluent La méthode compone les étapes suivantes:: - sur une extrémit d'un tube continu enroulé sur un tambour, on flic des moyens de diffusion ct ledit rotor, - on descend lesdits moyens dc diffusion et ledit rotor dans l'espace intricur de ladite colonne en déroulant ledit tube du tambour, - on place ledit rotor dans le stator, lesdits moyens dc diffusion étant sitits dans Ic voisinage du refoulement de la pompe. - on cntrailne en rotation ledit tubede façon à activer la pompe. On peut régler la position du tube par rapport à ladite colonnc cn agissant sardes mayens de liaison du tube. On peut injecter un fluide par ledit tube. Au moins une partie de l'effluent peut remonter par le canal intérieur du tube. Les moyens de pompage peuvent être descendus dans Ic puits par deux tubes concentriques enroulés sur un même tambour, lesdits tubes concentriques constituant ladite colonne et kdit tube continu L'invention concerne un système de pompage d'un effluent produit par un puits dans une formation géologique, dans lequel des moyens de pompage comportant un rotor et un stator sont placés à la partie basse d'une colonne immergée dans ledit effluent.Le système compote: -un tube continu adapté à être enroulé sur un tambour, ledit tube étant dans l'espace intérieur de ladite coloane et solidaire du - des moyens de diffusion fixés à l'extrémité dudit tube, les moyens de diffusion étant disposés entre le rotor et ledit tube, - des moyens d'entraînement en rotation du tube de façon à activer la pompe. Le système peut comporter à la surface du sol des moyens de réglage de la longueur du tube continu par rapport à ladite colonne. Les moyens de diffusion peuvent être situés en aval du refoulement de la pompt. La colonne peut être un tube continu adapte à être enroulé sur un tambour. La méthode et le système selon l'invention peuvent être appliques à des puits fortement déviés. D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention apparaîtront mieux à la kcture de la description ci-aprbs dc modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où: - la figure 1 représente schématiquemcnt un système de pompage selon l'invention, - la figure 2 représente une pompe volumétrique équipée d'un systinc de diffusion, - la figure 3 représente unc variantc du système de pompage comprenant un système de dégazage. - les figures 4A et 4B illustrent une méthode et une variante de mise en place du système de pompage, - la figure 5 montre une rcalisation des moyens dc surface permettant l'entraînement en rotation du tube, l'injection du fluide dans Ic tube et le retour de la production, Sur la figure 1, un puits 1 atteint une formation géologiquc productice d'un effluent contenant des hydrocarbures. La pression rognant dans la formation est trop faible pour que l'effluent puisse rtmonter jusqu'en surface. La formation productrice est dit non éruptive. Le schéma de production nécessite donc la mise en oeuvre d'un système de pompage de l'effluent. Par effluent, il faut comprendre l'ensemble des fluides présents dans le puits 1. Dans le cas où l'hydrocarbure, contenu dans ladite formation, est visquem, on peut injecter de la vapeur d'eau, ou autres fluides, pour fluidifier l'hydrocarbure afin de favoriser son écoulement. Lorsque l'injection de fluide fluidifiant se trouve en amont de l'admission de la pompe, l'effluent à déplacer par pompage est en quantité assez importante, relativement au volume d'hydrocarbure produit par la formation.Cc grand volumc d'effluent impose alors une capacité de pompage supérieure à celle qui serait nécessaire pour traiter k volume de l'hydrocarbure seul. n est donc préférable d'injecter le fluide fluidifiant eh aval du refoulement de la pompe afin que la fluidification abaisse les pertes de charge de circulation de l'effluent dans le conduit de production remontant jusqu'à la surface, sans ivoir à augmenter la capacité de pompage de la pompe. Dans la plupart des puits en pompage, ce sont les perles de charge en aval de la pompe qui sont pénalisantes pour la détermination des conditions de pompage. Le puits 1 est équipé d'une de colonne tubulaire 2, dont l'extrémité inférieure plonge dans l'effluent. L'espace annulaire, défini entre le puits 1 et l'extérieur de la colonne 2, peut être obturé ou non par un système d'étanchéité du type packer (non représenté ici). La colonne 2, en général dénéral dénommée "colonne de production", a pour rôle principal de canaliser la production du fond vers la surface du sol par k moyen de son conduit intérieur. Un système dc pompage 3 est positionne sensiblement à l'extrémité de colonne 2 par le moyen d'un siège ou raccord 4. Le raccord 4 a au moins pour fonction de fixa longitudinalement et en rotation le stator de la pompe 6 par rapport à la colonne 2. 2. De préférence, ce raccord 4 est étanche entre k corps de la pompe 6 et la colonne 2. Une ouverture 5 permet l'admission de l'effluent dans le corps de la pompe 6. Une ouverture 7 permet la sortie de l'effluent refoulé dans l'espace intérieur 8 de la colonne 2. Les flèches 9, 10 et 11 indiquent le trajet de l'effluent. Un tube continu 12 est li au rotor du corps de la poine par son extrémité inférieure, l'extrémité supérieure située à la surface du sol coopère avec des moyens 14 qui sont détaillés sur la figure 5. Le systeme de pompage 3 est préférentiellement mis en place sur le sigc ou raccord 4 à la surface du sol, avant la descente de la colonne 2 dans le puits 1. La remontée du système s'effectuant par une opération inverse. L'espace intérieur du tube 12 permet l'injection d'un fluide suivant le trajet des flèches 15. L'entraînement en rotation du tube 12 provoque la rotation du rotor (non représenté sur cette figure) du corps de la pompe 6. Le fait que le tube 12 intérieur à la colonne 2 est continu, c'est à dire sans raccord intermédiaire, procure plusieurs avantages, notamment: - les pertes de charge du fluide en circulation dans l'espace annulaire 8 ne sont pas majorées par la présence d'un nombre important de rétrécissement de la section dû aux raccords des tiges de pompage ou des tubings conventionnellement utilisés pour cet us;ge, - lorsque le tube 12 est mis en rotation, il se déforme élastiquement en torsion; à rarrêt de la rotation, ou dans le cas de diminution importante du couple résistant, le tube tend à reprendre sa position de repos en effectuant une rotation en sens inverse.Dans le cas connu où le rotor de la pompe est entraîné par une garniture de tubes ou de tiges vissés, ceux-ci peuvent se dévisser partiellement ou totalement. Ce problème est bien connu dans Il profession et est devenu très gênant sunout dans le cas de pompage dans des puits fortement déviés ou présentant des frottements important de la garniture rotative dans la colonne de production. L'utilisation d'un tube continu comme dans la présente invention résout ce problème. - la manutention du rotor se fait rapidement sans avoir à visser des longueurs dc tubes ou tiges bout à bout - le tube continu permet l'injection d'un fluide au dessus du rotor, - dans le cas où on n'injecte pas de fluide par le canal du tube continu, son espace intérieur peut être utilisé pour la remonte de l'effluent refoulé par la pompe en supplément de l'espace annulaire 8. Les perles de charge sont ainsi diminucs La figure 2 montre le système de pompage 3 fixé au bout de la colonne 2 et centré dans le puits 1 par des centreurs 31.Le tube continu 12 comporte à son extrémité des moyens de diffusion 23 intercalés entre le tube continu 12 et k pour 24. Les moyens de diffusion 23 compost une série d'orifices 25 par lesquels diffuse le fluide injoeee par le moyen du canal intérieur 26 du tube 12. A la partie inférieure du stator 27, l'effluent produit par la formation pénètre dans l'admission de la pompe par des orifices 30 en avec le conduit d'admission 29 en prolongation avec le corps de pompe, La figure 3 montre une variante de réalisation du système de pompage selon l'invention.La colonne 2 comporte un raccord 20 vissé au-dessus d'un dispositif d'admission 21 de l'effluent, le dispositif pouvant être un séparateur statique liquide/gaz, par exemple celui décrit dans le brevet FR-2656652. Dans le cas de présence de gaz libre dans l'effluent, l'espace annulaire entre la colonne 2 et le puits 1 est utilisé pour canaliser le gaz 22 jusqu'en surface. Le tube 12 comporte à son extrémité des moyens de diffusion 23 intercalés entre le tube continu 12 et le rotor 24. Les moyens de diffusion 23 comportent une s & c d'orifices 25 par lesquels diffuse le fluide injecté par le moyen du canal intérieur 26 du tube 12. A la partie infrieure du stator 27, l'effluent produit pénètre dans l'admission de la pompe par des orifices 28 situés à la base du système de séparation 21. Les figures 4A et 4B montrent une méthode et une variante de mise en place du système de production selon l'invention. La figure 4A montre un système de pompage 3 descendu dans un pairs 1 au bout d'une colonne 2. La colonne 2 est accrochée en surface sur des moyens de tete de puits 35 par des suspensions 36. La colonne 2 est ici préférentiellement constituée par des éléments tubulaires assemblés par vissage, par exemple des tubes dits "tubing" selon les normes de l'Amcrican Petroleum Institute". Le tube continu 12 du type "coil tubing" est enroulé sur le tambour 33 d'un touret 32. Des moyens de manutention 34, du type à chaînes, permet l'injection du tube 12 dans espace intérieur de la colonne 2 ou son retrait A l'extrémité du tube continu 12, on a fit des moyens de diffusion d'un produit pouvant etre injecte par le canal du tube 12 Le de la pompe est fixi au bout de ces moyens de diffusion. La descente du rotor se fait d'une manière continue par k déroulement du tube à partir du tambour 33 et sous l'action des moyens de manutention 34. Une fois le rotor 24 introduit dans le stator de la pompe 3, le tube 12 est coupé de façon à que son extrémité supérieure émerge de la tête de puits Des installations de suspension, de motorisation et d'injection sont disposées sur l'extrémité du tube 12, par exemple selon la figure 5. Le tube continu peut être un "coil tubing" de dimension nominale 1 1/2@ (3,81 cm de diamètre extérieur). Un tel tube a une résistance à la torsion au moins équivalen@e au couple de vissage des tiges de pompage conventionnelles (11/8" sucker rod) et @upérieure au couple de vissage de tubings de dimension nominale 1.66" selon la norme APL La variante illustrée par la figure 4B montre que le systeme de pompage 3 est descendu dans le puits 1 par un ensemble de deux "coil tubing" concentriques constituant la colonne 2 et le tube 12. La système de pompage 3 est fixé sur le tube continu extérieur 2, et le rotor sur le tube continu intérieur 12.La descente du système de pompage se fait d'une manière continue par le déroulement du tube à partir du tambour 37 et sops l'action des moyens de manutention 38. Lorsque le système de pompage est positionné à la p fondeur terrnnee, le tube 2 est suspendu et fixé sur la tête de puits 35, puis le tube 12 est coupé de façon à que son extrémité supérieure émerge de la tête de puits. Des installations de suspension, de motorisation et d'injection sont disposées sur l'extrémité du tube 12, par exemple selon la figure 5. La figure 5 montre les installations de surface qui coiffent le puits 1. L'élément de base de la tête de puits 35 est fixé sur la colonne de surface du puits 1. La colonne 2 est suspendue dans l'élément de base par des coins ou tout autre système équivalent connu dans la profession. La vanne 39 communique avec l'annulaire défini par l'extérieur de la colonne 2 et le puits 1. L'élément 40 assemblé sur l'élément de base, comporte un passage central en communication avec l'espace intérieur de la colonne 2.Le tube 12 se trouve dans ledit passage central. L'élément 40 comporte des moyens 41 d'étanchéité entre le tube 12 et ledit passage, de façon à ce que l'effluent qui remontre du fond du puits par l'espace annulaire entre la colonne 2 et ltextérieur du tube 12 soit canalisé vers la conduite 48 sur laquelle est fixée la vanne 47 de sécurité. Les moyens d'étanchéité 41 sont du type presse-étoupe sur un élément tournant Une butée rotative 42 sur laquelle s'appuie un épaulement 49 solidaire du tube 12, supporte le poids du tube entrains en rotation par des moyens mécaniques 43 et a moteur 44. Un raccord tournant 45 est fixé sur l'extrémité du tube 12 de façon à permettre l'injection d'un fluide dans le tube 12 par la conduite 46 qui communique avec des moyes d'injection (non rcpresentés). Pour permettre le réglage en position longitudinale du tube 12 par rapport à la position du stator de la pompe, l'épaulement 49 peut être constitué par un collier en deui parties serré autour du tube. La présente invention concemc également le cas où l'injection du produit fluidifiant en aval de la pompe peut être intermittente ou même supprimée. Dans ce cas, l'effluent refoulé pourra remonter également dans le tube 12, les conduites 46 et 48 seront alors en jonction. La présente invention concerne également un tube continu 12, éventuelement une colonne continue 2, en matériau composite, par exemple en fibres de renfort enrobées dans une matrice en résine. REVENDICATIONS 1) Méthode de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une formation géologique, dans laquelle des moyens de pompage (3) comportant un rotor (24) a un stator (27) sont placés à la partie basse d'une colonne (2) immergée dans ledit effluent, caractérisée en cc qu'elle comporte les étapes suivantes:: - sur une extrémité d'un tube continu (12) enroulé sur un tambour (33), on fixe des moyens de diffusion (23) et ledit rotor (24), - on descend lesdits moyens de diffusion et ledit rotor dans l'espace intérieur de ladite colonne (2) en déroulant ledit tube (12) du tambour (33), - on placc ledit rotor dans le stator, lesdits moyens de diffusion étant situes dans le voisinage du refoulement de la pompe, - on entraîne en rotation ledit tube dc façon à activer la pompe. 2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ron règle la position du tube (12) par rapport à ladite colonne (2) en agissant sur des moyens de liaison (49) du tube. 3) Méthode selon rune des revendications précédentes, caracterisée en ce que l'on injecte un fluide par ledit tube 4) Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une partie de l'effluent remonte par le canal intérieur du tube (12). 5) Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de pompage sont descendus dans Ic puits par deux tubes concentruques amis w un même tambour (37), lesdits tubes concentnqucs constituant ladite colonne et ledit tube continu. 6) Système de pompage d'un effluent produit par un puits fore dans une ftmni:i géologique, dans lequel des moyens de pompage (3) comportant un rotor (24) et un stator (27) sont placés à la partie basse d'une colonne (2) irnergée dans ledit effluent, caractérisé en ce qu'il comporte: - un tube continu (12) adapté à être enroulé sur un tambour (33), kdit tube étant dans l'espace intérieur de ladite colonne et solidaire du rotor, - des moyens de diffusion (23) fixés à l'extrémité dudit tube, les moyens de diffusion étant disposés entre le rotor et ledit tube, - des moyens d'entraînement (43, 44) en rotation du tube de façon à activer la pompe. 7) Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comportait à la des moyens de réglage (49, 42) de la longueur du tube continu par rapport à ladite 8) Système selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de diffusion sont situés en aval du refoulement de la pompe. 9) Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite colonne (2) est un tube continu adapté à être enroulé sur un tambour (37). 10) Application de la méthode et du système selon l'une des revendications précédentes à des puits fortement déviés