Brevet FR2815073A1 — publié le 20020412

L'invention concerne un élément de drain pour collecter notamment des hydrocarbures, comprenant un cylindre d'aspiration s'étendant selon une direction longitudinale entre deux extrémités, ledit cylindre étant entouré d'un tamis métallique. L'invention s'applique par exemple à l'exploitation d'hydrocarbure dans le cadre d'une production avec un forage horizontal ou fortement incliné. Dans un tel cadre, plusieurs éléments de drain sont montés bout à bout pour former un drain traversant un réservoir d'hydrocarbure, et une aspiration est créée au niveau d'une installation d'extraction montée en surface, pour remonter par exemple du pétrole brut depuis le réservoir qui est situé en profondeur. Dans une telle installation, la longueur du drain est couramment de l'ordre de 1000 m, et la longueur d'un élément de drain est généralement de 10 m environ. Chaque élément de drain filtre et collecte de l'hydrocarbure qui migre depuis le réservoir vers le cylindre d'aspiration, et tous les cylindres d'aspiration sont connectés bout à bout pour que l'ensemble de l'hydrocarbure collecté sur toute la longueur du drain soit transporté vers la surface. Lorsqu'un régime d'écoulement s'établit, il apparaît des pertes de charge importantes entre le talon du drain (la partie la plus proche de la surface) et l'extrémité du drain, de sorte que le débit d'hydrocarbure que produit un élément de drain est significativement plus élevé au niveau du talon du drain qu'au niveau de son extrémité. Il s'ensuit que le réservoir d'hydrocarbure se vide au niveau du talon, et que du gaz ou de l'eau sont alors aspirés au niveau du talon, ce qui perturbe la production et provoque l'arrêt de l'exploitation du réservoir, alors que celui-ci contient encore une grande quantité d'hydrocarbure dans une zone située autour de l'extrémité du drain. Ce phénomène est connu sous le nom de"coning". Pour résoudre ce problème, il est connu du brevet américain no 5 435 393 au nom de Norsk Hydro, des éléments de drain introduisant une perte de charge pouvant être modulée. On place ainsi des éléments ayant une faible perte de charge vers l'extrémité du drain pour augmenter le débit dans cette zone, et des éléments de drain à perte de charge importante dans le talon du drain, pour réduire le débit dans cette zone. Dans le drain ainsi constitué, le débit des différents éléments est homogène, de sorte que le réservoir d'hydrocarbure se vide uniformément sur toute la longueur du drain. Dans ce brevet américain, l'hydrocarbure est collecté par une bague positionnée entre le cylindre d'aspiration et le tamis entourant le cylindre. Cette bague collecte l'hydrocarbure et comprend un labyrinthe que doit parcourir l'hydrocarbure pour migrer vers l'intérieur du cylindre d'aspiration. Il est possible de modifier la longueur du labyrinthe en obturant certains canaux de la bague avec des vis, de manière à modifier la perte de charge introduite. La bague d'un tel élément de drain est une pièce complexe dont la fabrication est très coûteuse, et d'autre part, la collecte de l'hydrocarbure n'est réalisée que dans la zone de la bague, ce qui limite la production. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un élément de drain pour collecter notamment des hydrocarbures, comprenant un cylindre d'aspiration s'étendant selon une direction longitudinale entre deux extrémités, ledit cylindre étant entouré d'un tamis métallique, caractérisé en ce que ce tamis est formé par plusieurs tiges disposées selon la direction longitudinale et régulièrement réparties autour dudit cylindre d'aspiration, et en ce que au moins l'une desdites tiges est creuse et comprend un orifice latéral pour former une tige de collecte, ladite tige de collecte communiquant avec l'intérieur du cylindre d'aspiration par une de ses extrémités et aspirant l'hydrocarbure par ledit orifice latéral. Une telle construction fait que l'hydrocarbure est collecté par le tamis luimême ce qui simplifie la construction, et la perte de charge introduite par l'élément de drain peut être modifiée en jouant sur le nombre de tiges de collecte communiquant avec l'intérieur du cylindre. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément de drain comprend un collecteur annulaire, ledit collecteur étant monté autour du cylindre et définissant avec le cylindre une cavité torique communiquant avec l'intérieur du cylindre par l'intermédiaire de fentes du cylindre prévues à cet effet, ledit collecteur étant muni de trous s'étendant selon la direction longitudinale et débouchant sur ladite cavité torique, lesdits trous longitudinaux étant destinés à recevoir des tiges creuses du tamis, pour les faire communiquer avec l'intérieur du cylindre d'aspiration par l'intermédiaire de ladite cavité torique. Avec cet agencement, le collecteur qui assure la communication entre les tiges de collecte et l'intérieur du cylindre peut être monté par frettage sur le cylindre. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le collecteur comprend des trous radiaux s'étendant radialement par rapport à l'axe longitudinal, chaque trou radial communiquant avec un trou longitudinal correspondant, chaque trou radial étant agencé pour recevoir une vis destinée à interrompre ou à libérer la communication entre le perçage longitudinal correspondant et la cavité torique. Avec cet agencement, le nombre de tiges de collecte communiquant avec l'intérieur du cylindre d'aspiration d'un élément de drain pourra être réglé sur site, avant l'introduction de le l'élément dans le forage. L'utilisation de vis à tétons ou de vis simples pouvant faciliter l'opération de réglage. Selon encore un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins une tige du tamis est une tige creuse sans orifice latéral pour former une tige de transport, et au moins une tige de collecte communique avec l'intérieur du cylindre par l'intermédiaire d'une tige de transport, ou de plusieurs tiges de transport raccordées en série, reliant l'intérieur du cylindre à une extrémité de ladite tige de collecte. Avec cet agencement, la perte de charge de chaque tige de collecte peut encore être augmentée en connectant certaines extrémités des tiges creuses du tamis les unes aux autres. Selon encore un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément de drain comprend un premier collecteur annulaire à une de ses extrémités pour relier des tiges à l'intérieur du cylindre, et un second collecteur annulaire à son autre extrémité, ledit second collecteur étant muni de trous longitudinaux destinés à recevoir des tiges creuses, et ledit second collecteur comprenant des canaux reliant certains trous longitudinaux successifs pour raccorder en série deux tiges successives. Avec cet agencement, la connexion de deux tiges en série peut être réalisée au niveau du second collecteur. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est une représentation schématique d'un élément de drain. La figure 2 est une vue en coupe partielle du tamis de l'élément de drain selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe partielle de l'élément de drain selon l'invention. La figure 4 est une représentation schématique d'une tige de collecte selon l'invention. Les figures 5 est une représentation schématique d'ensemble d'un élément de drain selon l'invention. Les figures 6 et 7 sont des vues en coupe d'un exemple de collecteur annulaire de l'élément de drain selon l'invention. La figure 8 est une représentation partielle d'un second collecteur de la l'élément de drain selon l'invention. L'élément de drain selon l'invention comprend un cylindre d'aspiration CA qui s'étend longitudinalement selon l'axe LA, comme visible sur la figure 1. Ce cylindre d'aspiration est entouré d'un tamis métallique TM formant crépine, constitué de tiges qui s'étendent longitudinalement autour du cylindre CA. Ces tiges sont solidaires d'un fil FI les entourant pour former le tamis TM. Ce fil FI est soudé auxdites tiges avec par exemple un procédé de soudage par résistance électrique, et il entoure les tiges en décrivant une forme d'hélice selon l'axe longitudinal AL. Le tamis TM a ainsi la forme d'un cylindre entourant le cylindre d'aspiration CA, et il est maintenu au cylindre d'aspiration CA par l'intermédiaire de deux collecteurs annulaires CL également montés autour du cylindre CA, chaque collecteur étant solidaire d'une extrémité du tamis cylindrique TM. Ces collecteurs pourront par exemple être frétés sur le cylindre CA. Comme visible sur la figure 2, les tiges TT, TC de l'élément de drain selon l'invention sont des tiges tubulaires creuses, de telle manière que la collecte et le transport de l'hydrocarbure vers l'intérieur du cylindre d'aspiration CA soient réalisés par ces tiges qui forment le tamis TM. Plus particulièrement, certaines tiges sont des tiges creuses ayant un orifice latéral OC pour former des tiges de collecte TC. Ces tiges TC ont une extrémité qui communique avec l'intérieur du cylindre d'aspiration CA comme représenté sur la figure 3. De cette manière, l'hydrocarbure HY est filtré par le tamis TM pour être débarrassé d'impuretés telles que du sable SA, avant d'être aspiré par un orifice OC pour être dirigé vers l'intérieur du cylindre d'aspiration CA. Dans la figure 3 il a été représenté une telle tige de collecte TC qui est reliée à l'intérieur du cylindre d'aspiration en ayant l'une de ses extrémités connectée au collecteur CL. Cette tige communique ainsi avec une cavité interne CT du collecteur qui communique elle-même avec l'intérieur du cylindre CA par l'intermédiaire de fentes FE du cylindre prévues à cet effet. L'autre extrémité de cette tige, qui n'est pas représentée est par exemple obturée. L'orifice latéral OC réalisé dans la tige de collecte pourra par exemple être un perçage comme représenté dans la figure 3, ou bien obtenu par sciage partiel de la tige, comme représenté dans la figure 4. Le tamis TM de la tige selon l'invention pourra comprendre une pluralité de tiges de collecte TC, aptes à communiquer avec l'intérieur du cylindre CA par l'intermédiaire d'un collecteur. Ce collecteur pourra comprendra alors des dispositifs pour obturer ou ne pas obturer l'extrémité d'une tige. Il sera ainsi possible d'augmenter la perte de charge introduite par l'élément de drain en diminuant le nombre de tiges de collecte TC communiquant avec l'intérieur du cylindre d'aspiration, et de diminuer cette perte de charge en augmentant le nombre de tiges communiquant avec l'intérieur du cylindre d'aspiration. Il est aussi possible de modifier la perte de charge en jouant sur le nombre d'orifices latéraux que comprennent les tiges de collecte. Un tel collecteur CL a une forme sensiblement annulaire comme représenté dans les figures 6 et 7, pour entourer le cylindre CA, et pour être éventuellement monté sur ce cylindre par frettage. Il se présente sous la forme d'une bague qui comprend sur une de ses faces normale à l'axe longitudinal AL une pluralité de trous longitudinaux PC, pouvant être des perçages, et qui sont destinés à recevoir des tiges du tamis TM pour maintenir ce tamis sur le cylindre d'aspiration CA. Ce collecteur comprend un évidemment dans sa partie interne définissant avec le cylindre une cavité torique CT, visible sur les figures 3 et 7. La cavité torique CT ainsi constituée communique avec l'intérieur du cylindre d'aspiration CA par l'intermédiaire de fentes FE du cylindre prévues à cet effet, et disposées en regard de ladite cavité torique. Les perçages PC débouchent sur l'intérieur de cette cavité pour faire communiquer les tiges correspondantes avec cette cavité. Ce collecteur permet ainsi de faire communiquer une pluralité de tiges creuses avec l'intérieur du cylindre d'aspiration par l'intermédiaire de la cavité CT. Plus particulièrement, ce collecteur comprend aussi des trous radiaux PT taraudés disposés radialement par rapport à l'axe longitudinal AL, et communiquant chacun avec un perçage correspondant PC. Chaque trou radial PT, qui peut être obtenu par perçage, débouche sur une surface externe du collecteur pour être accessible depuis l'extérieur. Avec ces perçages radiaux PT, il est possible d'obturer l'extrémité de la tige correspondante en Introduisant une vis de grande longueur qui va atteindre le fond du perçage correspondant PC, ou de ne pas obturer cette extrémité en y introduisant une vis de faible longueur pour libérer le perçage PC correspondant. Avec un tel collecteur, la perte de charge introduite par l'élément de drain peut être ajustée sur site, en choisissant le nombre de tiges de collecte communiquant avec l'intérieur du cylindre d'aspiration. Dans l'élément de drain selon l'invention la perte de charge induite par une tige de collecte TC peut encore être augmentée en reliant cette tige de collecte à l'intérieur du cylindre d'aspiration par l'intermédiaire d'une tige de transport TT ou de plusieurs tiges de transport TT connectées en série. La perte de charge induite est ainsi augmentée par allongement du chemin que doit parcourir le fluide depuis l'orifice de collecte OC pour atteindre l'intérieur du cylindre CA. Plus particulièrement, les tiges de transport TT sont des tiges tubulaires creuses du tamis pouvant être réalisées dans le même matériau que les tiges de collecte, mais ne présentant pas nécessairement d'orifice de collecte. Comme visible sur la figure 5, le tamis TM pourra comprendre par exemple une alternance de tiges de collecte TC et de tiges de transport TT reliées deux à deux. Dans une telle configuration, une tige de collecte aura une extrémité obturée, son autre extrémité reliée à une extrémité d'une tige de transport correspondante, et la tige de transport aura sa seconde extrémité non obturée pour être reliée à l'intérieur du cylindre CA. Il va de soi que cette configuration est donnée à titre d'exemple non limitatif et que d'autres configurations sont envisageables comme par exemple une alternance d'une tige de collecte TC et de deux tiges de transport TT, en vue d'associer de façon similaire une tige de collecte à deux tiges de transport raccordées en série. Plus particulièrement, les tiges de transport et les tiges de collecte pourront être connectées en série par un second collecteur CL. Un tel second collecteur CL aura une forme sensiblement proche de celle illustrée dans les figures 6 et 7, tout en comprenant des canaux reliant des perçages PC successifs, comme représenté sur la figure 8, de sorte que deux perçages successifs seront reliés entre eux par un canal CN au lieu d'être reliés à une cavité torique. De cette manière, en plaçant un premier collecteur tel que représenté dans les figures 6 et 7 à une extrémité de l'élément de drain, et un second collecteur tel que décrit dans la figure 8 à l'autre extrémité de l'élément de drain, on obtient l'association de tiges décrite dans la figure 5. Comme on le voit, dans l'élément de drain selon l'invention, ce sont les tiges constituant le tamis qui collectent et transportent l'hydrocarbure vers l'intérieur du cylindre d'aspiration, et ces tiges peuvent être associées selon une grande variété de combinaisons, en vue d'ajuster au mieux la perte de charge introduite par l'élément de drain. REVENDICATIONS 1/Elément de drain pour collecter notamment des hydrocarbures, comprenant un cylindre d'aspiration (CA) s'étendant selon une direction longitudinale (AL) entre deux extrémités, ledit cylindre étant entouré d'un tamis métallique (TM), caractérisé en ce que ce tamis est formé par plusieurs tiges (TT, TC) disposées selon la direction longitudinale (AL) et régulièrement réparties autour dudit cylindre d'aspiration, et en ce que au moins l'une desdites tiges est creuse et comprend un orifice latéral (OC) pour former une tige de collecte (TC), ladite tige de collecte (TC) communiquant avec l'intérieur du cylindre d'aspiration par une de ses extrémités et aspirant l'hydrocarbure par ledit orifice latéral (OC). 2/L'élément de drain selon la revendication 1, comprenant un collecteur annulaire (CL), ledit collecteur (CL) étant monté autour du cylindre et définissant avec le cylindre (CA) une cavité torique (CT) communiquant avec l'intérieur du cylindre par l'intermédiaire de fentes du cylindre (FE) prévues à cet effet, ledit collecteur étant muni de trous (PC) s'étendant selon la direction longitudinale (AL) et débouchant sur ladite cavité torique (CT), lesdits trous longitudinaux (PC) étant destinés à recevoir des tiges creuses du tamis (TT, TC), pour les faire communiquer avec l'intérieur du cylindre d'aspiration (CA) par l'intermédiaire de ladite cavité torique (CT). 3/L'élément de drain selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le collecteur comprend des trous radiaux (PT) s'étendant radialement par rapport à l'axe longitudinal (AL), chaque trou radial (PT) communiquant avec un trou longitudinal (PC) correspondant, chaque trou radial (PT) étant agencé pour recevoir une vis destinée à interrompre ou à libérer la communication entre le perçage longitudinal (PC) correspondant et la cavité torique (CT). 4/L'élément de drain selon la revendication 1,2 ou 3, dans lequel au moins une tige du tamis (TM) est une tige creuse sans orifice latéral pour former une tige de transport (TT), et dans lequel au moins une tige de collecte (TC) communique avec l'intérieur du cylindre par l'intermédiaire d'une tige de transport (TT), ou de plusieurs tiges de transport (TT) raccordées en série, reliant l'intérieur du cylindre à une extrémité de ladite tige de collecte (TC). 5/l'élément de drain selon les revendications 3 et 4, comprenant un premier collecteur annulaire (CL) à une de ses extrémités pour relier des tiges (TC, TT) à l'intérieur du cylindre, et un second collecteur annulaire (CL) à son autre extrémité, ledit second collecteur étant muni de trous longitudinaux (PC) destinés à recevoir des tiges creuses (TT, TC), et ledit second collecteur comprenant des canaux (CN) reliant certains trous longitudinaux successifs pour raccorder en série deux tiges successives (TT, TC).