Brevet FR2763992A1 — publié le 19981204

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR DEBOUCHER UN PUITS OU UNE CANALISATION OBSTRUE PAR DES HYDRATES DE GAZ La présente invention concerne un procédé, ainsi qu'un dispositif, pour déboucher un puits ou une canalisation qui est obstrué par un bouchon solide d'hydrates de gaz. Dans l'industrie ou le commerce pétrolier, se pose parfois un problème lié à l'apparition de bouchons solides à l'intérieur d'un puits de forage ou d'une canalisation de transport de produits pétroliers, oléoduc ou tuyau d'adduction notamment. Dans la présente description, les désignations "amont" et "aval", pour le puits ou la canalisation, correspondent au sens de circulation du produit pétrolier dans le puits ou dans la canalisation. Ainsi par exemple s'agissant d'un puits pétrolier, son extrémité amont se trouve au niveau du réservoir d'hydrocarbure, tandis que son extrémité aval se trouve en surface. La formation de bouchons d'hydrates s'observe dans les puits ou les canalisations dont l'espace intérieur se trouve à une pression très élevée, et à une température basse. C'est le cas en particulier pour les puits off-shore. Les hydrates sont des substances composées essentiellement d'eau, ainsi que de diverses substances chimiques, dont la température de fusion est de l'ordre de O" C à la pression atmosphérique. Cette température de fusion augmente relativement rapidement avec la pression. Ainsi, à titre indicatif, cette température de fusion est de l'ordre de 10 C à une pression de 20 bar, de 15 C à une pression de 50 bar, de 20 C à une pression de 100 bar et de 220 C à une pression de 200 bar. Toujours à titre indicatif, la température de la Mer du Nord, où se trouvent de nombreux gisements pétrolifères en exploitation, est sensiblement constante, de l'ordre de 8 à 9" C. La pression régnant dans les puits ou canalisations est bien souvent comprise entre 50 et 300 bar, ce qui correspond par conséquent à un état solide des hydrates. Pour empêcher cette solidification, on introduit généralement dans les puits ou les canalisations des liquides anti-gel, en particulier, du méthanol, afin d'abaisser très sensiblement le point de fusion du mélange. Si ce procédé donne généralement satisfaction, il peut néanmoins arriver accidentellement que des bouchons solides d'hydrates apparaissent, obstruant le puits ou la canalisation, et empêchant son exploitation. A la connaissance du demandeur, il n'existe pas aujourd'hui de procédé, ni de dispositif, réellement adaptés à l'élimination de ces bouchons. Deux procédés sont utilisés. Le premier consiste à chasser les bouchons d'hydrates en introduisant dans le puits ou la canalisation un fluide sous pression très élevée. Cette solution est efficace dans certains cas seulement. Un autre procédé consiste à forer le ou les bouchons, ce qui oblige de recourir à un matériel extrêmement sophistiqué et coûteux, tout en compromettant l'intégrité du puits ou de la canalisation ; en effet, l'outil de forage risque de détériorer les parois du puits ou de la canalisation au cours de l'opération. C'est pourquoi, la présente invention se propose de combler cette lacune, en proposant un procédé et un dispositif qui permettent de déboucher le puits ou la canalisation d'une manière simple et peu coûteuse, en toute sécurité, et sans risque de détérioration des parois. Le procédé selon l'invention, qui permet d'atteindre cet objectif, pour déboucher un puits ou une canalisation obstrué par un bouchon solide d'hydrates, est remarquable en ce qu'on applique un élément chauffant mobile contre une extrémité dudit bouchon et qu'on le déplace axialement dans le tube ou la canalisation, en direction dè l'autre extrémité, de manière à faire fondre progressivement le bouchon, d'une extrémité à l'autre. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel de ce procédé, au cours de l'opération, on amène un liquide - dit antigel- apte à abaisser la température de fusion du bouchon d'hydrates à l'intérieur du puits ou de la canalisation, au voisinage de l'extrémité du bouchon contre laquelle l'élément chauffant est appliqué. Avantageusement, l'élément chauffant est chauffé électriquement. Selon une autre caractéristique du procédé, l'élément chauffant est déplacé sous l'effet de la gravité. Ceci suppose, bien entendu, que le puits ou la canalisation ait une direction verticale, ou tout au moins, une orientation oblique, avec une composante verticale importante. Selon une variante, il est déplacé par poussée, cette action s'ajoutant ou non à l'effet de gravité. Le dispositif, qui fait également partie de la présente invention, et sert à déboucher un puits ou une canalisation obstrué par un bouchon solide d'hydrates, est remarquable en ce qu'il comprend un élément chauffant mobile adapté pour être introduit et déplacé axialement dans le puits ou la canalisation de manière à venir s'appliquer contre une extrémité dudit bouchon et à en provoquer la fusion progressive, d'une extrémité à l'autre, au cours de son déplacement en direction de l'autre extrémité. Par ailleurs, selon un certain nombres de caractéristiques additionnelles, non limitatives de l'invention: - ledit élément chauffant est un corps métallique thermiquement conducteur, dans lequel sont logées des résistances électriques alimentées en courant électrique à partir d'un équipement de surface; - le dispositif comporte des moyens pour injecter un liquide antigel à l'intérieur du puits ou de la canalisation, à proximité du bouchon d'hydrates; - le dispositif comporte des moyens de recyclage en continu du liquide antigel; - ledit élément chauffant est un corps allongé dont l'extrémité libre, destinée à s'appliquer contre le bouchon d'hydrates, a une forme générale en ogive; - le dispositif est suspendu à un câble relié à l'équipement de surface, et sa descente se fait par gravité à l'intérieur du tube ou de la canalisation, ce câble comprenant les différents conducteurs électriques assurant son fonctionnement, notamment pour l'alimentation des résistances chauffantes et, le cas échéant, de la pompe qui assure la circulation de l'antigel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation possible. Sur les dessins La figure 1 est une vue générale schématique du dispositif installé sur site (puits). La figure 2 est une vue schématique, partiellement coupée par un plan vertical axial, du dispositif conforme à l'invention. La figure 3 est une vue en coupe axiale de l'élément chauffant constitutif de ce dispositif. La figure 4 est une vue en coupe transversale, à plus grande échelle, de l'élément de la figure 3, le plan de coupe étant référencé IV-IV sur cette figure. La figure 5 est une vue similaire, à échelle plus petite, de celle de la figure 2, cette vue illustrant l'opération de débouchage. Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques de deux variantes du dispositif, à l'intérieur d'une canalisation. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un puits pétrolier offshore dont la plate-forme de forage PF supporte un équipement de surface de type traditionnel E S, qui comporte entre autres, un treuil T et un module de télémesure MT Le puits comporte un ensemble de cuvelage, désigné par la référence C. Généralement, un tel ensemble est composé de trois tubes concentriques désignés dans le métier par les termes anglais "riser, "casing" et "tubing" (de l'extérieur vers l'intérieur). On a représenté uniquement la portion d'extrémité aval de ce tubage, laquelle, dans le cas illustré, est partiellement immergée dans un liquide L, en l'occur- rence dans l'eau de la mer. A titre indicatif, la longueur immergée de la canalisation C est de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de mètres, la partie enterrée qui accède au réservoir d'hydrocarbure étant beaucoup plus longue. Excepté dans la couche superficielle, où la température est fluctuante, et dont l'épaisseur est relativement faible, la masse d'eau a une température sensiblement constante. Comme déjà dit plus haut, dans la Mer du Nord, la valeur de cette température est de l'ordre de 8 å 9 C. C'est dans cette zone que se pose le problème de formation de bouchons d' hydrates. Les hydrates se présentent en général sous la forme de bouchons isolés, dont la longueur unitaire est comprise entre 1 et 10 mètres, les bouchons étant séparés par des zones liquides. Au total, l'ensemble forme un bouchon pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres. Le dispositif 1 qui fait l'objet de l'invention comprend essentiellement une tête 2, un outil 3, et un câble ou une tige de suspension 4. Le câble ou la tige 4 - dont l'extrémité libre est attachée et connectée à l'outil 3 - peut être du type généralement utilisé pour la diagraphie, et composé de faisceaux de câbles conducteurs électriques, aptes à fournir le courant électrique nécessaire à l'alimentation et à la commande du matériel descendu dans le puits depuis l'équipement de surface et adaptés aussi pour transférer - en sens inverse - les différents signaux électriques émanant des différents capteurs qui équipent ce matériel, vers la surface. Le câble ou la tige 4 est enroulé sur le tambour du treuil T. Le module MT commande le dévidage ou l'enroulement du câble ou de la tige sur ce tambour, de manière à piloter la descente ou la remontée du dispositif 1 avant, durant, et après l'opération. Le module MT est également connecté électriquement au câble ou à la tige 4 pour assurer l'opération, comme cela sera expliqué plus loin. Sur les figures 1 et 5, on a représenté la portion supérieure d'un bouchon solide d'hydrates, qui s'est formé accidentellement à l'intérieur du tubage C Il s'agit d'un bouchon de glace cylindrique, référencé H sur les figures. La tête 2 a sensiblement la forme d'un obus à corps cylindrique dont l'extrémité libre, dirigée vers le bas, a une forme approximativement en ogive, par exemple tronconique. A titre indicatif, si le diamètre intérieur du tubage C est de 150 mm, le diamètre de la tête 2 est de l'ordre de 90 mm. Sa hauteur - référencée 12 sur la figure 2 - est par exemple de l'ordre de un mètre. L'outil 3, en forme de tige cylindrique, est fixée à la tête 2 par des moyens appropriés. Elle a un diamètre sensiblement plus petit que celui de la tête 2. A titre indicatif, la longueur totale li du dispositif est de 5 mètres environ. Comme on le verra plus loin, en se référant aux figures 3 et 4, la partie 2 est un élément chauffant en matériau thermiquement bon conducteur. Le matériau qui le constitue présente aussi de bonnes qualités de résistance mécanique. Différents métaux possèdent les caractéristiques requises ; à titre d'exemples, on peut citer l'acier et le bronze. Dans sa portion d'extrémité dite aval (du côté opposé à la tête 2) la tige 3 est équipée d'une pompe électrique 8 associée à une crépine 5. Cette pompe est adaptée pour aspirer le liquide ambiant se trouvant autour de la crépine et pour la refouler dans une tubulure centrale 6, coaxiale à la tige 3. La tubulure 6 débouche dans un canal coaxial 20 traversant d'une extrémité à l'autre l'élément chauffant 2. Comme on le voit sur les figures 3 et 4, l'élément chauffant 2 est muni de résistances électriques chauffantes 7. Dans l'exemple illustré, ces résistances sont au nombre de six, réparties régulièrement à 60 d'angle autour du canal central 20. Ces résistances sont de type connu en soit, par exemple du type désigné par "crayon chauffant" à structure composite acier/céramique dans laquelle sont intégrés des fils chauffants à effet Joule. Avantageusement, la périphérie de l'élément 2 est creusée d'un ensemble de rainures longitudinales 22, également au nombre de six, s'étendant en regard des espaces séparant deux résistances chauffantes voisines (voir figure 4). On a désigné par la référence 200 l'embouchure du canal 20, qui débouche axialement dans la partie centrale de l'ogive 21. Les éléments chauffants 7 et la pompe électrique 8 sont alimentés en énergie électrique par des conducteurs appropriés, non représentés, qui sont regroupés dans le câble ou la tige 4 et qui communiquent avec l'équipement de surface ES. Le dispositif 1 comprend également un ensemble de capteurs électroniques non représentés, de type connu, également reliés à l'équipement de surface et qui permettent de mesurer et de contrôler divers paramètres en cours d'opération, en particulier la température, le débit d'antigel, et la pression d'appui de la tête 2 contre le bouchon d'hydrates H. il s'agit là d'instrumentations usuelles dans le domaine du forage et de la gestion d'un puits pétrolier, et c'est pourquoi ils n'ont pas été décrits ici afin de ne pas alourdir inutilement la description. Nous allons maintenant expliquer de quelle manière on procède à l'élimination du bouchon solide d'hydrates H à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit. Le tubage C est généralement rempli d'un mélange liquide d'eau et d'antigel (méthanol). De préférence, avant l'opération, on injecte - par des moyens appropriés connus en soit - un certain volume d'antigel peu dilué à l'intérieur du tubage C, juste dans la zone située le plus près au-dessus du bouchon solide H On fait descendre le dispositif à l'intérieur du tubage C, par actionnement du treuil T dans le sens du dévidage, comme symbolisé par la flèche X. On arrête ce déplacement lorsque la tête 2 vient en appui contre l'extrémité supérieure - ou aval - EA du bouchon H. Les capteurs de pression (non représentés) montés sur le dispositif 1 permettent de connaître cette situation, et de commander en conséquence l'arrêt du mouvement, et sa remise en route, via le module MT. On alimente en courant électrique les résistances chauffantes 7 et la pompe 8. A titre indicatif, les éléments chauffants 7 sont alimentés à partir de la surface en courant continu, suite à une tension comprise entre 300 et 1000 V, avec une puissance comprise entre 5 et 15 kW, par exemple de l'ordre de 7 à 8 kW La température de l'élément 2 est avantageusement portée à une valeur comprise entre 50 et 100" C. Le débit de la pompe 8 peut être de quelques litres par minute. Par suite de son contact avec la partie 21 de la tête chauffée 2, et du fait aussi que les liquides ambiants sont réchauffés à ce niveau, l'extrémité EA du bouchon d'hydrates se met à fondre. La forme en ogive de la tête chauffante favorise sa pénétration à l'intérieur du bouchon, provoquant la fusion progressive de ce dernier. La descente du dispositif 1 à l'intérieur du tube, au furet à mesure de cette fusion, se fait sous l'effet de la gravité, par commande appropriée du treuil T, en laissant "filer" le câble 4, et/ou par poussée axiale s'il s'agit d'une tige (axialement rigide). De plus, la pompe 8 étant en marche, elle assure une mise en circulation de la masse liquide 9 contenant de l'antigel, située au-dessus du bouchon H. Le trajet circulatoire du liquide est symbolisé par des flèches sur la figure 5. La pompe 8 refoule vers le bas le mélange antigel dans la cànalisation 6, puis dans le canal 20 (flèches f). A la sortie 200 de l'élément 2, le mélange entre en contact avec la surface EA du bouchon (flèches i). Ceci a pour effet de contrarier la resolidification du bouchon, et d'en rendre la fusion irréversible. Le mélange remonte ensuite tout autour de l'élément 2, y compris à l'intérieur des rainures périphériques 22, puis le long de l'outil 3 (flèches j). il est ensuite partiellement aspiré par la crépine 5 (flèches k). De préférence, pour bien homogénéiser la masse liquide située au dessus du bouchon H, - masse qui comprend aussi les hydrates venant d'être fondus - on déplace périodiquement le dispositif 1, selon un mouvement vertical alternatif de va- etvient, symbolisé par la double flèche Y. Ce mouvement est piloté par le module MT. il est courant qu'un même tubage soit obstrué par plusieurs bouchons d'hydrates séparés par des zones liquides. Conformément à l'invention, on commence bien entendu à éliminer par fusion le premier bouchon, après quoi on déplace le dispositifjusqu'à ce qu'il vienne en appui contre le bouchon suivant, et on réitère l'opération successivement pour chacun des bouchons. A titre indicatif, la progression de la tête chauffante à l'intérieur d'un bouchon d'hydrates lors de la fusion est de l'ordre d'un mètre par heure. La conjugaison de la fusion avec la circulation du mélange d'antigel permet de travailler de manière optimale. Toutefois, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en s'abstenant de recourir à l'apport d'antigel, ou à sa circulation. Sous réserve que l'élément 2 possède une grande inertie thermique, il serait possible de le chauffer par intermittence (alimentation électrique discontinue) et non de façon permanente durant l'opération. Dans cette hypothèse, le pompage de l'antigel pourrait aussi être discontinu, les temps de chauffage étant par exemple alternés avec les temps de pompage. Sur la figure 6, le procédé est mis en oeuvre dans une canalisation C, par exemple horizontale. Le dispositif 1 est fixé à une tige flexible 4', rigide axialement, mais possédant une certaine flexibilité qui lui permet de suivre les courbures éventuelles de la canalisation. L'enfoncement de la tige 4' dans le tube, et son application contre le bouchon d'hydrates H sont réalisés par poussée X sur la tige, à l'aide de moyens appropriés non représentés situés à l'autre extrémité, à l'extérieur de la canalisation. Dans la variante de la figure 7, le dispositif 1 est porté par un petit chariot 10 connecté au câble 4. Ce chariot est pourvu de roues de guidage 11 prenant appui contre la paroi interne de la canalisation C. Certaines au moins de ces roues sont motrices, leur sens de rotation étant symbolisé par des flèches sur la figure. Elles sont entraînées par un moteur électrique qui est alimenté, lui aussi, par le câble 4. Lorsque le chariot est en marche, il déplace la tête chauffante 2 à l'intérieur de la canalisation C, pour l'appliquer contre le bouchon d'hydrates H, et la pousser contre ce dernier pour accomplir l'opération. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déboucher un puits ou une canalisation (C) obstrué par un bouchon solide d'hydrates (H), selon lequel on applique un élément chauffant mobile (2) contre une extrémité (E A) dudit bouchon (H), et on le déplace axialement dans le tube ou la canalisation en direction de l'autre extrémité, de manière à faire fondre progressivement le bouchon, d'une extrémité à l'autre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au cours de l'opération, on amène un liquide (9) - dit antigel- apte à abaisser la température de fusion du bouchon d'hydrates (2) à l'intérieur du puits ou de la canalisation (C), au voisinage de l'extrémité (E A) du bouchon contre laquelle l'élément chauffant (2) est appliqué. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément chauffant (2) est chauffé électriquement. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément chauffant (2) est déplacé sous l'effet de la gravité et/ou par poussée. 5. Dispositif pour déboucher un puits ou une canalisation (C) obstrué par un bouchon solide d'hydrates (H) caractérisé par le fait qu'il comprend un élément chauffant mobile (2) adapté pour être introduit et déplacé axialement dans le puits ou la canalisation (C) de manière à venir s'appliquer contre une extrémité (E A) dudit bouchon (H) et à en provoquer la fusion progressive, d'une extrémité à l'autre, au cours de son déplacement (X) en direction de l'autre extrémité. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit élément chauffant (2) est un corps métallique thermiquement conducteur, dans lequel sont logées des résistances électriques (7) alimentées en courant électrique à partir d'un équipement de surface (E S). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (8,6,20) pour injecter un liquide antigel (9) à l'intérieur du puits ou de la canalisation (C), à proximité du bouchon d'hydrates (H). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de recyclage en continu du liquide antigel (8). 9 . Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que ledit élément chauffant (2) est un corps allongé dont l'extrémité libre (21), destinée à s'appliquer contre le bouchon d'hydrates (2), a une forme générale en ogive. 10. Dispositif selon l'une des revendication 5 à 9, caractérisé par le fait qu'il est fixé à un câble ou tige (4) relié à l'équipement de surface (E S), et que son déplacement se fait par gravité et/ou par poussée à l'intérieur du tube ou de la canalisation (C), ce câble ou tige (4) comprenant les différents conducteurs électriques assurant son fonctionnement, notamment pour l'alimentation des résistances chauffantes (7) et, le cas échéant, de la pompe (8) qui assure la circulation de l'antigel (9).