Brevet FR2751026A1 — publié le 19980116

ORIGINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention a pour objet une suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier. Un puits pétrolier comprend une colonne de production, ou tubage, dans laquelle s'écoulent les hydrocarbures, de la roche réservoir jusqu'à la surface, et un cuvelage qui soutient la paroi du puits. Entre les deux, se trouve un espace annulaire utilisé pour le contrôle du puits. La suspension du tubage est fixée en haut du puits, au niveau du sol ou sur plate-forme s'il s'agit d'un puits aérien, ou bien au fond de l'eau s'il s'agit d'un puits sous-marin. Elle a pour fonctions d'assurer l'ancrage du tubage au niveau du sol, d'assurer l'étanchéité avec la tête de puits située au dessus, et de permettre le bouchage du tubage et de l'espace annulaire lors du retrait de la tête de puits, la tête de puits étant équipée de toutes les vannes nécessaires pour la sécurité, l'ouverture et la fermeture du puits. La suspension possède généralement deux passages permettant de communiquer respectivement avec le tubage et avec l'espace annulaire. Elle comprend aussi, en particulier pour le puits sous-marins, des passages pour des fluides hydrauliques et des câbles électriques de commande des équipements de fond de puits (vannes, capteurs). La suspension est logée sous la tête de puits de production (ou bien dans la tête de puits de forage utilisée pendant la phase forage précédant la phase production). Lorsqu'on veut remplacer la tête de puits de production (ou retirer la tête de puits de forage à la fin du forage), il est impératif, pour des raisons de sécurité, de fermer au préalable le tubage et l'espace annulaire par des bouchons et rétablir ainsi l'étanchéité qui était assurée auparavant par les vannes de sécurité dans la tête de puits. Il existe actuellement deux types de suspension: le type orienté par rapport à l'axe du puits, et le type concentrique par rapport à ce même axe. Chacun possède deux passages permettant de communiquer respectivement avec le tubage et avec l'espace annulaire. Ils diffèrent essentiellement par la méthode utilisée pour assurer l'étanchéité de l'espace annulaire. Pour le type orienté, l'étanchéité est assurée par un bouchon descendu au câble. C'est un système fiable qui permet aussi bien de mettre en place que de retirer le bouchon, mais il nécessite l'utilisation d'une colonne d'intervention sous-marine double, dans le cas d'un puits sous- marin: une pour l'espace annulaire et une pour le tubage, ce qui augmente la durée de l'opération et le coût des équipements (suspension, tête de puits, et colonnes sont plus complexes donc plus chères). Pour le type de suspension concentrique, le dispositif d'étanchéité de l'espace annulaire est installé en même temps que la suspension, et ensuite activé par un système automatique lors du retrait de la tête de production. C'est un système simple et rapide qui nécessite une seule colonne sous-marine d'intervention. Mais il entraîne la nécessité de déposer la tête de puits et de remonter tout le tubage pour remplacer le bouchon d'étanchéité qui ne peut pas être récupéré au câble. En raison des ces inconvénients la suspension concentrique est très peu utilisée. La présente invention a pour objet une suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier qui possède un seul passage permettant le double accès au tubage et à l'espace annulaire afin d'autoriser l'obturation de l'espace annulaire par descente d'un bouchon au câble assurant une étanchéité fiable avec possibilité de remplacer le bouchon sans intervention lourde, tout en conservant le concept de la suspension concentrique et de la colonne d'intervention unique. La présente invention propose donc une suspension de la colonne de production (ou tubage) d'un puits pétrolier, colonne dans laquelle s'écoulent les hydrocarbures vers la surface du puits, le puits comprenant un cuvelage pour tenir les parois du puits et un espace annulaire entre la colonne et le cuvelage, la suspension étant équipée d'un passage unique de communication avec la colonne de production, et étant munie de deux logements destinés à recevoir des moyens d'étanchéité, caractérisée en ce que le passage unique(41) donne accès à la fois au moyen d'étanchéité de la colonne de production et au moyen d'étanchéité de l'espace annulaire. DESCRTPTTON D L'ITNVENTTON Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: Les figures lA et lB sont chacune une coupe d'un puits pétrolier sous-marin. Les figures 2A et2B présentent le schéma d'une suspension classique du type orientée. Les figures 3A et 3B présentent le schéma d'une suspension classique du type concentrique. Les figures 4A et 4B présentent le schéma d'une suspension, objet de l'invention, du type concentrique avec accès à l'espace annulaire. Les figures 5A et 5B sont chacune une vue en coupe réelles d'une suspension objet de l'invention. La figure 1A est la coupe d'un puits pétrolier sous- marin et présente une plate-forme(1) flottante de forage ou d'intervention sur puits, un tube prolongateur(2) qui relie la plate-forme à une tête de puits sousmarine(3), munie de vannes de sécurité(4). Une suspension(5) de type classique est située sous la tête de puits de production et soutien une colonne de production(6) (ou tubage) et un cuvelage(7)qui sont séparés par un espace annulaire(8). La fermeture de l'espace annulaire en fond de puits est assurée par des joints d'étanchéité(9) appelés " packers ". L'installation de la suspension se fait pendant la phase de forage/complétion. A l'issue de cette phase la suspension reste en place et la tête de puits de forage est remplacée par une tête de puits de production. Dans le cas d'une suspension du type orienté, qui sera décrit plus en détail ci-après, il existe un deuxième tube prolongateur(11) reliant la plate-forme à l'espace annulaire du puits. Dans le cas d'une suspension du type concentrique ce deuxième tube n'existe pas, ainsi qu'il sera précisé dans les explications qui suivent. La figure lB est la coupe d'un puits sous-marin en production normale, l'appareil de forage ou d'intervention ayant été retiré. Le conduit de production(17) permet d'évacuer la production d'hydrocarbures, et le conduit(18) permet de communiquer avec l'espace annulaire. La figure 2A représente une suspension de tubage orientée, classique en configuration de production. On distingue les deux passages verticaux distincts(21),(22), un pour l'écoulement des hydrocarbures et un pour l'accès à l'espace annulaire, séparés par l'axe du puits(24). Ce type de suspension a besoin d'une orientation, pour faire coïncider les passages de la suspension et ceux de la tête de puits; (orientation forcée créée par un doigt avec une rampe hélicoïdale de guidage). Lorsque le puits est à l'arrêt, figure 2B, les deux passages sont obturés par des moyens d'étanchéité, par exemple des bouchons(25), installés à l'aide d'un câble(non représenté) descendu dans le puits. Après obturation, on peut alors réparer ou remplacer la tête de puits située au dessus et retirer ensuite les bouchons par le même procédé. Les deux tubes prolongateurs(2), (11) permettent l'accès aux passages (21),(22)et aux moyens d'étanchéité. La figure 3A représente une suspension de tubage classique du type concentrique en configuration de production. L'axe(24) du puits est confondu avec l'axe du tubage(6). Un clapet(33) est pré-installé dans le passage(32) qui reste ouvert et en communication avec le conduit(18); ce clapet ne peut plus être remplacé sauf après démontage de la suspension et de tout le tubage. Dans la configuration d'intervention sur puits, figure 3B, le puits étant à l'arrêt, seul le passage vertical(31) du tubage est surmonté d'un tube prolongateur(2) permettant la mise en place du bouchon(35). Le passage vertical(32) de l'espace annulaire n'est pas surmonté d'un tube prolongateur. La fermeture du clapet(33) se fait automatiquement sous l'action d'un ressort (non représenté) lors du retrait de la tête de puits. Malgré la simplicité de la suspension concentrique, le fait de ne pas pouvoir remplacer le clapet(33) de l'espace annulaire constitue un inconvénient majeur pour la sécurité du puits à cause de l'usure provoquée par le milieu corrosif dans lequel se trouve le bouchon. L'invention proposée est présentée sur les figures 4A et 4B. La suspension, objet de l'invention, ne comprend qu'un seul passage(41), entre la tête de puits située au dessus et le puits situé au dessous, formé par une prolongation du tubage. Selon l'invention, ce passage(41) comprend une dérivation(42), qui prend naissance sur le passage unique(41),et permet d'accéder au système d'étanchéité de l'espace annulaire. La figure 4A présente le schéma de la suspension en mode production, c'est-à-dire lorsque le puits est en débit. Aucun bouchon ne ferme le passage(41). Un bouchon d'étanchéité(44) de la dérivation(42), pré-installé dans un logement(47) prévu à cet effet, empêche la communication entre le tubage(6) et l'espace annulaire(8) mais autorise la communication entre le conduit(18) et l'espace annulaire, via l'orifice(43). En mode de travaux sur puits c'est-à-dire lorsque le puits est à l'arrêt, comme représenté sur la figure 4B, deux bouchons(46),(48) obturent, respectivement le tubage et l'espace annulaire. Le bouchon du tubage(46) se trouve dans un logement(45) aménagé dans le tubage. Le bouchon de la dérivation(44) a été remplacé, dans le logement(47), par le bouchon de l'espace annulaire(48); ce dernier est plus long que le bouchon(44) car il assure l'étanchéité, d'une part entre l'espace annulaire(8) et le tubage(6) et, d'autre part, entre l'espace annulaire(8) et le conduit(18). Les figures 5A et 5B présentent des vues en coupe, non plus schématisées mais réelles, des suspensions dans les configurations de production(fig 5A) et de travaux sur puits (fig 5B), dans lesquelles on retrouve les éléments de la suspension déjà décrits sur les schémas. La mise en place du bouchon de l'espace annulaire(48) comprend les phases suivantes: * le bouchon de la dérivation(44) est pré-installé, avant la descente de la colonne de production, dans le logement(47) aménagé dans la dérivation(42) * en cas de décision de boucher l'espace annulaire, le bouchon(44) est retiré au moyen du câble, et le nouveau bouchon(48) est mis en place dans le logement(47) par la dérivation et toujours au moyen du câble. * les bouchons(44) et(48) ainsi que le bouchon(46) peuvent être retirés et remis en place par le câble, manoeuvré depuis la plate- forme d'intervention sur le puits sous-marin. Les moyens d'étanchéité, constitués par les bouchons(44), (46), (48), sont agencés afin de pouvoir être déplacés ou remplacés à l'aide d'un câble manoeuvré depuis une plate-forme d'intervention, si le puits est sous-marin. Ils possèdent des crochets de fixation du câble. Il existe d'autres possibilités pour assurer l'étanchéité de l'espace annulaire permettant de simplifier le dispositif avec les deux bouchons. On pourrait utiliser, par exemple, un seul bouchon de même dimension que le bouchon (48) qui serait simplement déplacé à l'aide du câble pour venir fermer l'orifice(43). On éviterait ainsi les opérations de remontage du bouchon(44) et de descente du bouchon(48) La suspension du tubage avec passage unique est une invention permettant l'obturation de l'espace annulaire par une méthode simple, économique, fiable et réversible. REVENDICATIONS 1 - Suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier, colonne(6) dans laquelle s'écoulent les hydrocarbures vers la surface du puits, le puits comprenant un cuvelage(7) pour tenir les parois du puits et un espace annulaire(8) défini entre la colonne et le cuvelage, la suspension étant équipée d'un passage unique(41) de communication avec la colonne de production, et étant munie de deux logements(45), (47) destinés à recevoir des moyens d'étanchéité, caractérisée en ce que le passage unique(41) donne accès à la fois au moyen d'étanchéité(46) de la colonne de production et au moyen d'étanchéité(48) de l'espace annulaire. 2 - Suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accès au moyen d'étanchéité(48) de l'espace annulaire se fait par une dérivation(42) qui prend naissance sur le passage unique(41). 3 - Suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier sousmarin selon la revendication 2, caractérisée en ce que le logement(47), destiné à recevoir le moyen d'étanchéité(48) est aménagé dans la dérivation(42). 4 - Suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier selon la revendication 2 ou 3 caractérisée en ce que le logement(47) peut recevoir un bouchon d'étanchéité(44) de la dérivation empêchant toute communication entre la colonne de production(6) et l'espace annulaire(8) lorsque le puits est en production. - Suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier sous-marin selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que, lors des interventions sur puits, le moyen d'étanchéité(48) de l'espace annulaire, installé dans le logement(47), obture à la fois l'orifice(43) de communication entre l'espace annulaire(8), et le conduit annulaire(18) mais également la dérivation(42) de communication entre l'espace annulaire(8) et la colonne de production(6). 6 - Suspension de la colonne de production d'un puits pétrolier selon les revendications 1,4 et 5 caractérisée en ce que les moyens d'étanchéité(44), (46), (48)15 sont agencés afin de pouvoir être déplacés ou remplacés à l'aide d'un câble manoeuvré depuis une plate-forme d'intervention, si le puits est sous-marin.