Brevet FR2851007A1 — publié le 20040813

La présente invention est relative à un dispositif d'introduction d'un matériau pulvérulent dans un conduit de forage d'une installation d'exploitation de fluides dans un sous-sol, du type comprenant: - un réservoir de matériau pulvérulent; - une conduite d'amenée du matériau pulvérulent s'étendant entre le réservoir et le conduit de forage; et des moyens de soufflage reliés à la conduite d'amenée. Lors de l'exploitation d'un gisement souterrain de fluide, notamment de gaz naturel, de pétrole, ou d'eau, le fluide à exploiter est remonté à la surface 10 par un tubage de production disposé dans un conduit de forage reliant le fond du gisement à la surface. La pression et la température du fluide exploité diminuent notablement lors de sa remontée vers la surface. Dans le cas o le fluide est un hydrocarbure, cette diminution de température et de pression provoque une augmentation importante de la viscosité, ainsi que des phénomènes parasites 15 tels que la formation d'hydrates ou de paraffine, ou la condensation de vapeur d'eau. Cette augmentation de viscosité et ces phénomènes parasites sont préjudiciables à la productivité et à la sécurité de l'installation. Pour limiter ces problèmes, il est connu de réaliser une isolation thermique du tubage de production (FR 2 741 420). A cet effet, les dispositifs du 20 type précité permettent d'introduire un matériau pulvérulent comme par exemple un aérogel de silice, ou une mousse végétale sous forme de granulés, dans l'espace annulaire entre le tubage de production et le conduit de forage. Ces matériaux pulvérulents possèdent des bonnes propriétés d'isolation thermique. La conductivité thermique de ces matériaux est généralement inférieure à 0.1 25 W/mK et préférentiellement comprise entre 0.01 W/mK et 0.08 W/mK. Cependant, de tels dispositifs ne donnent pas entière satisfaction. En effet, le transport du matériau pulvérulent est difficile et doit être effectué avec un faible débit pour limiter le bouchage de la conduite d'amenée. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient, c'est-à-dire de 30 permettre le remplissage rapide et sans bouchage de l'espace annulaire d'un conduit de forage par un matériau pulvérulent possédant des propriétés d'isolation thermique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre intermédiaire, reliée en amont au réservoir par un passage amont et reliée en aval à la conduite par un passage aval; les passages amont et aval étant munis respectivement de 5 premiers et de seconds moyens d'obturation pouvant être activés séparément, et en ce que les moyens de soufflage sont reliés à la conduite d'amenée en aval desdits seconds moyens d'obturation. Le dispositif selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - il comprend en outre des moyens d'entraînement du matériau pulvérulent reliés à la partie supérieure de la chambre intermédiaire, en aval desdits premiers moyens d'obturation; - il comprend en outre des moyens de dépressurisation sélective situés en aval desdits premiers moyens d'obturation; - les moyens de dépressurisation sélective sont montés sur la conduite d'amenée; - la longueur de la conduite d'amenée est supérieure à 10 mètres; - la conduite d'amenée comporte une partie ascendante. L'invention a en outre pour objet un procédé d'introduction d'un 20 matériau pulvérulent dans un conduit de forage d'une installation d'exploitation de fluides dans un sous-sol, dans lequel on entraîne par soufflage le matériau pulvérulent depuis un réservoir jusqu'au conduit de forage à travers une conduite d'amenée; caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs cycles de 25 remplissage comprenant les étapes suivantes: - on interpose une chambre intermédiaire entre le réservoir et la conduite d'amenée; - on obture un passage aval reliant la chambre intermédiaire à la conduite d'amenée, et on ouvre un passage amont reliant la chambre au 30 réservoir; - on amène une quantité prédéterminée de matériaux pulvérulents dans la chambre; - on obture le passage amont et on ouvre le passage aval; et - on entraîne par soufflage le matériau pulvérulent en aval de la chambre intermédiaire jusqu'au conduit de forage. Le procédé suivant l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - le ou chaque cycle de remplissage comprend en outre l'étape suivante: après l'obturation du passage amont, on assiste le transfert du matériau pulvérulent de la chambre intermédiaire jusque dans la conduite d'amenée par soufflage dans la partie supérieure de la chambre; - il comprend en outre au moins une étape de dépressurisation dans 10 laquelle on dépressurise la conduite d'amenée de manière sélective; - la ou chaque étape de dépressurisation est réalisée après une pluralité de cycles de remplissage; - chaque cycle de remplissage est suivi d'une étape de dépressurisation; - il comprend en outre au moins une étape de pressurisation de la conduite et/ou du conduit de forage, la ou chaque étape de pressurisation étant réalisée après un cycle de remplissage. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un dispositif selon l'invention dans une première étape d'un cycle de remplissage de l'espace annulaire d'un puits de pétrole; - la Figure 2 est une vue analogue à la Figure 1 dans une deuxième étape d'un cycle de remplissage; et - la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 1 dans une étape de dépressurisation. Le dispositif représenté sur les dessins est destiné à introduire un matériau pulvérulent dans un espace annulaire 11 d'un puits 13 de production de pétrole. Ce dispositif comprend un réservoir 15 de matériau pulvérulent, une chambre intermédiaire 17, et une conduite d'amenée 19 du matériau pulvérulent. Le puits de pétrole 13 comprend une cavité 21 fermée par une tête de puits 23 au niveau de la surface 25 du sol. Cette cavité 21 est de forme généralement tubulaire. Elle s'étend entre la surface du sol 25 et la nappe de fluide à exploiter (non représentée) située en profondeur dans le sous-sol 27. Cette cavité comprend un premier conduit tubulaire extérieur 31, 5 désigné par " cuvelage ", et un second conduit tubulaire 33 intérieur, désigné par " tubage de production ". Lors de l'exploitation du puits 13, le pétrole circule dans ce second conduit 33 depuis la nappe jusqu'à la surface 25. L'espace 11 dans lequel le matériau pulvérulent est introduit est défini par l'espace annulaire entre le 10 premier conduit 31 et le second conduit 33. Cet espace 11 est obturé d'une part, vers le haut, au niveau de la tête de puits 23, et d'autre part, vers le bas, au niveau de la garniture d'étanchéité 41 entre les premiers et seconds conduits 31 et 33, au fond du puits. Le réservoir 15 est situé au-dessus de la chambre intermédiaire 17. Il 15 comprend une trémie de réception du matériau pulvérulent dont la partie supérieure 45 est ouverte pour faciliter le chargement du matériau pulvérulent. Cette trémie comprend en outre une partie inférieure 47 en forme de cône tronqué convergent vers le sol pour faciliter le transport du matériau vers la chambre intermédiaire 17. La chambre intermédiaire 17 est disposée sur un support 49 en appui sur le sol 25. Elle comprend une partie supérieure 51, une partie inférieure 53 et des moyens 55 d'entraînement du matériau pulvérulent que la chambre contient. La partie supérieure 51 de la chambre intermédiaire 17 possède une forme de cône tronqué divergent vers le sol. Elle est reliée au réservoir par un 25 passage amont 57. La partie inférieure 53 de la chambre intermédiaire 17 possède une forme de cône tronqué convergent vers le sol. Elle est reliée à la conduite d'amenée 19 par un passage aval 59. Les passages amont et aval 57 et 59 sont munis respectivement de 30 premiers et seconds moyens d'obturation 61 et 63. Ces moyens d'obturation 61 et 63 sont constitués de vannes papillons pouvant être activées séparément. Par ailleurs, les moyens d'entraînement 55 du matériau pulvérulent sont disposés dans la partie supérieure 51 de la chambre intermédiaire 17, en aval des premiers moyens d'obturation 61. Ces moyens d'entraînement 55 comprennent une première arrivée 65 d'un gaz sous pression commandée par une première vanne 67. Le gaz sous pression peut être un gaz neutre comme de l'azote ou de l'air. Dans l'exemple illustré sur les dessins, le gaz sous pression est de l'azote. La conduite d'amenée comprend une pluralité d'éléments 71 tubulaires, des moyens 73 de soufflage, des moyens 75 de dépressurisation sélective, et un organe 76 de sécurité. Les éléments tubulaires 71 sont montés en série pour relier l'extrémité 10 inférieure du passage aval 59 de la chambre intermédiaire à l'extrémité en surface de l'espace annulaire 11 à remplir. Ces éléments tubulaires 71 sont constitués de tubes en PVC (chlorure de polyvinyle), souple de diamètre sensiblement égal à 50 mm. La longueur de la conduite d'amenée 19 est supérieure à 10 m, de sorte que le réservoir 15 et la chambre intermédiaire 17 15 sont situés hors de la zone sécurisée définie autour de la tête de puits 23. La conduite d'amenée comprend des portions sensiblement horizontales et des portions obliques ou verticales ascendantes ou descendantes. Le dispositif permet de convoyer la poudre suivant des trajectoires ascendantes sur des dénivelés allant jusqu'à 10 mètres environ. Les moyens de soufflage 73 comprennent une seconde arrivée 77 d'azote sous pression et une seconde vanne 79 de fermeture. Cette arrivée d'azote 77 est disposée au voisinage de la chambre intermédiaire 17, en aval des seconds moyens d'obturation 63. Elle forme avec la conduite d'amenée 19 un angle d'environ 60 , de sorte que le matériau pulvérulent est à la fois fluidisé 25 et entraîné par l'azote gazeux. Les moyens de dépressurisation sélective 75 sont situés en aval des seconds moyens d'obturation 63. ls comprennent une vanne 81 de purge reliée d'une part, à l'un des éléments tubulaires 71 et d'autre part, à un évent 83. L'organe de sécurité 76 comprend une vanne à boule ou une vanne 30 quart de tour située au voisinage de la tête de puits 23. Cette vanne est normalement ouverte durant toutes les opérations de remplissage. Elle permet toutefois de stopper brusquement l'introduction de matériau pulvérulent dans l'espace annulaire en cas de problème dans le puits 13. Lorsque cette vanne 76 est fermée, l'espace annulaire 11 est hermétiquement clos. On décrira maintenant comme exemple une opération d'introduction d'un matériau pulvérulent, par exemple une mousse végétale sous forme de granulés, par le dispositif selon l'invention. En préliminaire, les premiers moyens d'obturation 61 sont activés. Le réservoir 15 est alors rempli de mousse végétale. Un cycle de remplissage partiel est alors effectué comme suit. Comme illustré sur la Figure 1, la vanne papillon 63 au niveau du 10 passage aval 59 est fermée, et la vanne papillon 61 au niveau du passage amont 57 est ouverte (flèche en gras sur la Figure 1). La mousse végétale s'écoule ainsi par gravité depuis le réservoir 15 jusqu'à la chambre intermédiaire 17. Lorsque la partie inférieure 53 de la chambre intermédiaire 17 est remplie, la vanne papillon 61 est fermée. On ouvre 15 alors la vanne papillon 63. Comme illustré sur la Figure 2, la mousse végétale s'écoule par gravité dans la conduite d'amenée 19. Les moyens de soufflage 73 sont alors activés. Un débit d'azote sensiblement égal à 1,2 Nm3 / mn (un volume de 1 Nm3 correspond à un volume de 1m3 dans les conditions normales de température et 20 de pression) permet l'entraînement de la mousse végétale depuis la chambre intermédiaire 17 jusqu'à l'espace annulaire 11 ainsi que sa fluidisation. Les moyens d'entraînement 67 du matériau pulvérulent sont également activés. Un flux d'azote de débit 1,2 Nm3 / mn est introduit dans la partie supérieure 51 de la chambre intermédiaire 17, ce qui permet d'assurer un 25 débit d'écoulement de matériau pulvérulent supérieur à 1 m3/h. Une fois introduite dans l'espace annulaire 11 du puits 13, la mousse végétale s'écoule jusqu'au fond du puits 13 par gravité et sous la poussée des moyens d'entraînement 67 et des moyens de soufflage 73. Lorsque le puits 13 est en production, les vibrations du second conduit 33 permettent de faciliter 30 l'écoulement de la mousse végétale vers le fond de l'espace annulaire 11. Lorsque la chambre intermédiaire 17 est vide, dans un premier temps, la première arrivée d'azote 55 est obturée. Dans un second temps et après une temporisation, la seconde arrivée d'azote 73 est obturée. Cette temporisation permet de compléter l'introduction dans l'espace annulaire 11 des derniers résidus de mousse végétale présents dans la conduite d'amenée 19. L'ensemble des opérations précédentes constitue un cycle de remplissage partiel de l'espace annulaire 11 par la mousse végétale. A cet instant, l'ensemble formé par la chambre intermédiaire 17, la conduite d'amenée 19 et l'espace annulaire 11 est sous pression. Cette pression est comprise entre 1,1 bar et 10 bars, préférentiellement entre 1,1 bar et 5 bars. Comme illustré sur la Figure 3, une étape de dépressurisation est 10 alors réalisée. Pour cela, les moyens de dépressurisation sélective 75 sont activés par ouverture de la vanne de purge 81. Ainsi, la pression dans le dispositif redevient sensiblement égale à la pression atmosphérique. L'ensemble d'opérations constitué par le cycle de remplissage partiel et l'étape de dépressurisation est alors répété jusqu'au remplissage complet de 15 l'espace annulaire 1 1. En variante, il est possible d'effectuer une pluralité de cycles de remplissage partiel de l'espace annulaire 11 sans effectuer d'étape de dépressurisation. Cette stratégie permet de faciliter l'écoulement par gravité de la mousse végétale dans l'espace annulaire 11. Préférentiellement, une étape de dépressurisation est effectuée après trois à dix cycles de remplissage partiel de l'espace annulaire i1. Dans une autre variante, il est possible de faire suivre l'étape de dépressurisation par une ou plusieurs étapes de pressurisation de la conduite 19 et de l'espace annulaire 11 pendant une durée de quelques secondes suivie 25 d'une dépressurisation. Cette ou chaque étape de pressurisation permet de faciliter l'écoulement du matériau pulvérulent et de limiter ou de supprimer d'éventuels bouchages. La pression dans la conduite d'amenée 19 et l'espace annulaire 11 est alors comprise entre 1,1 bar et 10 bars, préférentiellement entre 1,1 bar et 5 30 bars. Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, il est possible de disposer d'un dispositif permettant l'introduction rapide et de manière fluide d'un matériau pulvérulent dans un conduit de forage d'un puits de pétrole. Ce dispositif présente en outre l'avantage de pouvoir être déporté hors de la zone de sécurité autour de la tête du puits, et de pouvoir être mis en oeuvre lorsque le puits est en cours de production. Ce dispositif est utilisable pour des conduits de forage hermétiquement clos. Ce dispositif est par ailleurs utilisable pour une variété de matériaux pulvérulents comme des poudres ou des granulés, présentant une granulométrie variable. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'introduction d'un matériau pulvérulent dans un conduit (11) de forage d'une installation (13) d'exploitation de fluides dans un sous-sol (27), du type comprenant: - un réservoir (15) de matériau pulvérulent; - une conduite (19) d'amenée du matériau pulvérulent s'étendant entre le réservoir (15) et le conduit de forage (11); et - des moyens de soufflage (77) reliés à la conduite d'amenée (19); caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre une chambre (17) intermédiaire, reliée en amont au réservoir (15) par un passage amont (57) et reliée en aval à la conduite (19) par un passage aval (59); les passages amont et aval (57; 59) étant munis respectivement de premiers et de seconds moyens (61; 63) d'obturation pouvant être activés séparément; et en ce que les moyens de soufflage (73) sont reliés à la conduite d'amenée (19) en aval desdits seconds moyens d'obturation (63). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (55) d'entraînement du matériau pulvérulent reliés à la partie supérieure (51) de la chambre intermédiaire (17), en aval desdits premiers 20 moyens d'obturation (61). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (75) de dépressurisation sélective situés en aval desdits premiers moyens d'obturation (61). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les 25 moyens de dépressurisation sélective (75) sont montés sur la conduite d'amenée (1 9). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la longueur de la conduite d'amenée (19) est supérieure à 1 0 mètres. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la conduite d'amenée (19) comporte une partie ascendante. 7. Procédé d'introduction d'un matériau pulvérulent dans un conduit (11) de forage d'une installation (13) d'exploitation de fluides dans un sous-sol (27), dans lequel on entraîne par soufflage le matériau pulvérulent depuis un réservoir (15) jusqu'au conduit de forage (11) à travers une conduite (19) d'amenée; caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs cycles de remplissage comprenant les étapes suivantes: - on interpose une chambre intermédiaire entre le réservoir (15) et la conduite d'amenée (19); - on obture un passage aval (57) reliant la chambre intermédiaire (17) à la conduite d'amenée (19), et on ouvre un passage amont (57) reliant ladite 10 chambre (17) au réservoir (15); - on amène une quantité prédéterminée de matériau pulvérulent dans la chambre (17); on obture le passage amont (57) et on ouvre le passage aval (59) ; et - on entraîne par soufflage le matériau pulvérulent en aval de la 15 chambre intermédiaire (17) jusqu'au conduit de forage (11). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou chaque cycle de remplissage comprend en outre l'étape suivante: - après l'obturation du passage amont (57), on assiste le transfert du matériau pulvérulent de la chambre intermédiaire (17) jusque dans la conduite 20 d'amenée (19) par soufflage dans la partie supérieure (51) de la chambre. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une étape de dépressurisation dans laquelle on dépressurise la conduite d'amenée (19) de manière sélective. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la ou 25 chaque étape de dépressurisation est réalisée après une pluralité de cycles de remplissage. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque cycle de remplissage est suivi d'une étape de dépressurisation. 12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce 30 qu'il comprend en outre au moins une étape de pressurisation de la conduite (19) et/ou du conduit de forage (11), la ou chaque étape de pressurisation étant réalisée après un cycle de remplissage.