Brevet FR3057011A1 — publié le 20180406

APPAREIL DE REGULATION DE PRESSION D'INJECTION POUR LA RECUPERATION ASSISTEE DU PETROLE PAR POLYMERE Lors de la mise en service d'un champ pétrolier, on distingue plusieurs phases de production - D'abord, la production de pétrole due à la pression interne du champ qui, habituellement, se réduit rapidement ; Puis, le maintien d'une pression par l'injection d'eau (water flooding) jusqu'à ce que les puits producteurs atteignent une concentration pétrole/eau de 2 à 5%. À ce moment, le coût d'injection d'eau rend le coût du pétrole non compétitif ; Ensuite, une récupération assistée du pétrole par diverses méthodes. Une des méthodes consiste à injecter une solution visqueuse de polymères, en particulier de polyacrylamide, pour mobiliser un volume supérieur du champ. Cette méthode a été industrialisée lors du premier choc pétrolier en 1973. Les polyacrylamides injectés sont cependant sensibles à la dégradation mécanique et chimique des poids moléculaires, ce qui oblige à une manipulation précise pour maintenir leur efficacité. D'une manière générale, les polymères se trouvent sous forme de poudre, qui est dissoute dans de l'eau à une concentration assez élevée, pour diminuer la taille des cuves dites de maturation, c'est-à-dire de dissolution. En effet, le temps de dissolution de ces poudres est de l'ordre de 1 heure. La concentration de ces solutions est de 10 à 20 grammes/litre avec des viscosités élevées (1 000 à 10 000 cps). À l'utilisation, cette solution mère doit être diluée à 1 à 3 grammes par litre pour être injectée. Diverses méthodes sont utilisées pour éviter la dégradation mécanique par une chute de pression brutale, pour adapter la pression d'injection à la pression du puits spécifique. La première consiste à installer une pompe doseuse par puits, et envoyer la solution mère en tête de chaque puits pour la diluer avec l'eau d'injection. La deuxième méthode consiste à diluer la solution mère sur la plateforme de dissolution, et d'envoyer cette solution diluée dans chaque puits par des pipelines séparés. 3057011 2 La troisième méthode consiste à diluer totalement la solution mère par l'ensemble d'eau d'injection, et d'utiliser les lignes d'injection d'eau. Cette méthode demande les investissements les plus faibles. 5 Dans ce cas, la pompe à eau sera réglée au-dessus de la pression du puits dont la pression est la plus élevée, et il faudra réduire la pression sur les autres puits, ce qui correspond normalement à une dégradation d'autant plus élevée que le différentiel de pression est plus important. 10 Pour éviter cette dégradation, on utilise des réducteurs de pression spécifiques qui ne doivent pas dégrader le polymère. Plusieurs méthodes sont possibles : 15 La réduction de pression par un long tube calibré qui permet des réductions de pression jusqu'à 60 à 100 bars, avec moins de 5 ou 10% de dégradation suivant la vitesse et la longueur du tube (document US2012/0292029). La vitesse optimale est de l'ordre de 10 mètres/seconde. Habituellement, on peut créer 20 une perte de charge de 1 bar par 10 mètres de tube, soit 500 mètres pour 50 bars. Suivant ce brevet, on peut moduler la perte de charge en découpant le tube en diverses longueurs qu'on peut alimenter ou by passer. - La réduction de pression par effet vortex avec un tube équipé d'opercules 25 créant un effet vortex. Le document US 4,782,847 utilise des opercules fixes donnant une perte de charge sans dégradation jusqu'à des différences de pression de 5 bars, et une vanne pointeau de modulation qui travaille aussi par effet vortex et qui permet une variation de 0 à 5 bars 30 suivant l'ouverture avec un minimum de dégradation. La réduction de pression par effet vortex avec plusieurs vannes pointeau (ou autres) pouvant chacune créer une perte de charge d'environ 5 bars à dégradation mineure (document US2016/0168954). 35 Avec 10 vannes environ, on peut créer une perte de charge de 50 bars. On peut équiper les têtes de vannes avec des moteurs hydrauliques en série, permettant la même ouverture sur toutes les vannes avec un seul réglage. 3057011 3 Ces systèmes sont lourds pour le premier, peu modulables pour le second, assez chers pour le troisième. 5 La demande des sociétés pétrolières se situe avec des pertes de charge maximum d'environ 50 bars, avec peu de dégradation, avec une modulation par puits d'environ 10 bars, et une possibilité d'alimenter des puits dont la pression varie dans le temps avec un appareil simple et bon marché. 10 Le matériel doit donc être très souple et facile à manipuler. La solution proposée est la suivante : - La modulation sur chaque réducteur de pression est faite par au moins une vanne, préférentiellement 2 vannes, créant chacune une perte de charge allant 15 jusqu'à 5 bars sans dégradation notable du polymère ; - Un tube linéaire, où on introduit un nombre variable de modules vortex, constitués par un morceau de tube intérieur avec une restriction créant l'effet vortex correspondant à 5 bars (fig.1 et 2). 20 L'invention a pour objet un appareil de régulation de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puit de pétrole, ledit appareil étant constitué : - d'au moins une vanne de modulation de pression, permettant par vanne, une perte de charge maximum de 5 bars pratiquement sans dégradation mécanique, la (les) dite(s) vannes étant connectée(s) en série avec ; 25 - un tube contenant des modules vortex créant chacun une perte de charge maximum de 5 bars, pratiquement sans dégradation mécanique, un module vortex étant une section de tube, fermée à une de ses extrémités par un opercule percé d'un trou, et apte à être insérée dans le tube ; l'appareil ayant pour but de pouvoir réduire la pression jusqu'à 100 bars avec une 30 dégradation mécanique totale de moins de 10%. Par « dégradation mécanique », on entend la dégradation du polymère dans la solution injectée dans le puit, mesurée par la baisse de viscosité de la solution après le passage dans l'appareil de régulation de pression. 35 De manière préférentielle, le trou de l'opercule a un diamètre compris entre 10 et 25 mm. Les vannes sont de type pointeau ou à aiguille, bien que d'autres types de vannes fonctionnent également. Le trou est préférentiellement en position centrale. 3057011 4 Chaque module vortex peut être positionné de telle sorte que le trou soit en aval ou en amont du flux. De manière préférentielle, les modules vortex sont tous positionnés dans le même sens avec le trou en aval du flux de la solution aqueuse polymérique. 5 Le gros avantage de ces modules est leur extrême modularité. Les plus grosses injections en puits de pétrole nécessitent habituellement un tube de 2 pouces (environ 50 mm) en ce qui concerne les réducteurs de pression. On peut donc utiliser un module de diamètre intérieur en 50 mm et 2 vannes pointeau de 2 10 pouces. Ce diamètre de 50 mm est donné par l'intérieur du module vortex, qui aura la restriction nécessaire pour un passage permettant une perte de charge de 5 bars. Cette restriction pourra être de 10 à 25 mm, tout en maintenant le diamètre extérieur du module vortex. Chaque module aura préférentiellement une longueur comprise entre 10 et 20 cm. 15 L'homme de l'art peut faire évoluer ces principes suivant la nécessité ou l'utilisation. Ces modules pourront, par exemple, être constitués d'une rondelle perforée associée à des morceaux de tube de 10 cm. De manière préférentielle, le tube contient entre 4 et 20 modules vortex. Cela permet 20 d'obtenir des pertes de charges allant jusqu'à 20 bars (4 modules), et jusqu'à 100 bars (20 modules). Les modules vortex sont aptes à être insérés dans le tube. De manière préférentielle, le diamètre extérieur des modules vortex est légèrement inférieur au diamètre intérieur du 25 tube amovible. De manière préférentielle, il lui est inférieur à 1 mm. La ou les vannes de modulation de pression peuvent être positionnée(s) en amont ou en aval du tube contenant les modules vortex. Le diamètre interne du tube est compris entre 1,27 cm (V2 pouce) et 10,16 cm (4 pouces), préférentiellement compris entre 1,27 cm et 30 7,62 cm (3 pouces). En cas de variation très importante de débit sur un puits, il sera possible aussi, très rapidement, de changer tous les modules avec des trous plus faibles ou plus grandes pour adapter la perte de charge au débit considéré. 35 De plus, ce matériel pourra être utilisé en injection sous-marine, sur laquelle les deux vannes de modulation sont commandées de la surface par un moteur hydraulique, et le 3057011 5 tube lui-même sera fixé par des colliers rapides, permettant un démontage, une modification du nombre de modules, un remontage d'une manière assez facile. De la même manière, on peut installer une seule ou plusieurs vannes pour moduler la 5 pression et restreindre ou élargir la zone de régulation. L'invention a également pour objet un procédé pour réduire la pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique en fonction de la pression du puit, mettant en oeuvre l'appareil selon l'invention, dans un procédé de récupération assistée du pétrole. La perte 10 de charge créée dans une vanne ou dans un module vortex est au maximum de 5 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bar. L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien de exemple suivant, à l'appui des figures annexées. 15 La figure 1 représente une vue schématique de l'appareil de régulation de pression connectable en série à la canalisation principale. L'appareil comprend successivement deux vannes (1) permettant une réduction maximum de pression de 5 bars chacune, deux manomètres (2) permettant un contrôle de pression, et un tube amovible (3) contenant 10 20 modules vortex (4), chacun permettant une réduction maximum de pression de 5 bars. Au total cet appareil est capable de réguler la pression de 60 bars maximum. La figure 2 représente une vue schématique d'une partie du module amovible (3) de diamètre intérieur de 60 mm contenant deux modules vortex (4) de longueur de 100 mm, 25 de diamètre extérieur de 59 mm, de diamètre intérieur de 50 mm ; munis chacun d'un orifice central d'un diamètre de 14 mm. En utilisant les mêmes puits que dans l'exemple 1 du brevet US2016/0168954 et le même polymère, on a eu les résultats suivants. Exemple : On alimente 4 puits avec une pompe à eau à 160 bars, auxquels on a mélangé le polymère à une dose de 500 ppm par pompage, avec une pompe triplex et injection après la pompe à eau. Le débit par puits est fixé à 19 m3/heure, mesuré avec un débit mètre électromagnétique. On construit un réducteur de pression comprenant : 30 35 3057011 6 Deux vannes pointeau de 2 pouces avec des manomètres permettant le réglage entre 1 et 5 bars de perte de charge ; Un tube de diamètre intérieur 60 mm pouvant recevoir des modules de diamètre extérieur 59 mm et intérieur 50 mm. Les opercules sont percés à 14 mm de 5 passage pour créer une perte de charge vortex de 5 bars pour 19 m3/heure. Pour le puits à 130 bars, on met dans le tube 5 modules, et on peut moduler la pression avec les 2 vannes de 125 à 135 bars. 10 Pour le puits à 125 bars, on met dans le tube 6 modules, et on peut moduler de 120 à 130 bars. Pour le puits à 120 bars, on met dans le tube 7 modules, et on peut moduler de 115 à 125 bars. 15 Par le puits à 110 bars, on met dans le tube 9 modules, permettant de moduler de 105 à 115 bars. Comme dans les essais précédents, la dégradation constatée est de moins de 5% même 20 avec une différence de pression de 50 bars. Au cas où un puits verrait augmenter sa pression dans le temps, comme c'est souvent le cas, le tube serait démonté et un module retiré, ce qui est une opération facile. 25 Ce système à la fois simple, compact, et bon marché correspond aux demandes actuelles des pétroliers. REVENDICATIONS1- Appareil de régulation de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puit de pétrole, ledit appareil étant constitué : d'au moins une vanne de modulation de pression, permettant par vanne une perte de charge maximum de 5 bars pratiquement sans dégradation mécanique, la (les) dite(s) vannes étant connectée(s) en ligne avec ; Un tube contenant des modules vortex créant chacun une perte de charge 10 maximum de 5 bars, pratiquement sans dégradation mécanique, un module vortex étant une section de tube, fermée à une de ses extrémités par un opercule percé d'un trou, et apte à être insérée dans le tube ; l'appareil ayant pour but de pouvoir réduire la pression jusqu'à 100 bars avec une dégradation mécanique totale de moins de 10%. 15 2- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou de l'opercule a un diamètre compris entre 10 et 25 mm suivant les débits d'injection préconisés. 3- Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les vannes 20 sont de type pointeau ou à aiguille. 4- Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur d'un module vortex est comprise entre 10 et 20 cm. 25 5- Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube amovible contient entre 4 et 12 modules vortex. 6- Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient au moins deux vannes de modulation de pression. 30 7- Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur des modules vortex est inférieur de 1 mm au diamètre intérieur du tube amovible. 35 8- Procédé pour réduire la pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique en fonction de la pression du puit, mettant en oeuvre l'appareil selon l'une des revendications 1 à 6, dans un procédé de récupération assistée du pétrole. 3057011 8 9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la perte de charge créée dans une vanne ou dans un module vortex est au maximum de 5 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bar.