Brevet FR3071006A1 — publié le 20190315

APPAREIL DE REGULATION DE PRESSION D'INJECTION D'UNE SOLUTION AQUEUSE POLYMERIQUE POUR LA RECUPERATION ASSISTEE DU PETROLE Lors de l'exploitation d'un champ de pétrole, trois phases successives sont habituellement utilisées : - La production spontanée en utilisant la pression du champ ; - Le maintien de la pression par injection d'eau (water flooding) ; - La récupération assistée du pétrole par diverses méthodes : injection de gaz (soit le gaz du champ ou du CO2) ou de solvants, injection de vapeur, injection d'une solution visqueuse, injection de solution visqueuse avec un tensioactif et une base (ASP pour Alcalin Surfactant Polymer), L'augmentation de la viscosité de l'eau injectée avec des polymères est la méthode là moins chère, surtout en utilisant des polyacrylamides. La viscosité d'injection est habituellement voisine de la viscosité du pétrole. Cette solution visqueuse diminue l'effet de renardage et augmente les surfaces de poussée dans le champ. Les deux premières opérations permettent, en moyenne, de récupérer 30% du pétrole en place. Une injection d'une solution aqueuse de polymère permet d'en récupérer 10% de plus. Un procédé ASP ou une augmentation forte de la quantité de polymère (3 à 5 fois la viscosité du pétrole) dans la solution aqueuse d'injection permet une récupération totale de 20% environ du pétrole en place. Pour cette injection de polymère plusieurs méthodes sont employées. En premier lieu, on prépare une solution concentrée de polymère à 10-20 grammes par litre. Cette solution mère est ensuite mélangée dans l'eau d'injection, soit sur le lieu de dissolution et envoyée par pompe haute pression à chaque puits, soit en pompant cette solution jusqu'à chaque tête de puits. Dans ce cas, la solution est ensuite mélangée à l'eau d'injection après avoir réglé la pression d'injection au niveau désiré, le plus souvent à une pression légèrement inférieure à la pression de fracturation. 2 La troisième méthode est de mélanger la solution mère avec l'eau d'injection après la pompe à injection alimentant tous les puits, en l'espèce une pompe haute pression pour l'ensemble des puits. 5 Le problème qui se pose dans ce cas est que chaque puits est alimenté à une pression différente dépendant de facteurs comme la pression de fracturation, les pertes de charges, les renardages dans la formation. Pour résoudre ce problème, sur chaque puits, on installe une vanne ou une vanne de régulation (« duse » en français, « choke » en anglais) pour maintenir la pression décidée. 10 La chute de pression dans cette vanne peut aller de 0 à 60 bars environ. Les polyacrylamides étant sensibles à la dégradation mécanique, on observe une chute de 0 à plus de 50% de la viscosité du polymère à travers cette vanne, ce qui diminue fortement l'efficacité du système bien que cette configuration soit la plus 15 simple. Plusieurs méthodes sont préconisées pour remplacer cette méthode directe par un système ne donnant pas ou peu de dégradation du polymère, malgré la forte chute de pression. 20 La plus courante est l'utilisation de la perte de charge sur un tube linéaire à une vitesse non dégradante, de l'ordre de 10 m/seconde. Suivant la composition et la viscosité de la solution, un calcul doit être fait avec en moyenne une utilisation de 10 mètres de tuyau par bar de perte de charge. Le document US 8,607,869 décrit 25 l'appareillage correspondant et le procédé. Une autre méthode est l'utilisation de la perte de charge au moyen d'un effet vortex avec un matériel très compact. 30 On peut citer dans ce cas les brevets : - Marathon US 4,782,847 qui décrit un appareil permettant un réglage de la perte de charge mais le réglage reste limité. - SNF WO 2017/109334 décrivant un appareil où plusieurs vannes avec effet vortex associées à des modules vortex permettent une variation 35 plus large. 3 - SNF FR 1659515 utilisant uniquement des vannes à effet vortex permettant une modulation totale de la pression de 0 à la pression maximum. 5 Cependant, tous ces systèmes nécessitent de nombreuses manipulations, et des combinaisons multiples de modules vortex et/ou de vannes vortex pour parvenir à une large variation de pression. Le but était donc de simplifier l'appareil au moyen notamment d'une commande 10 unique permettant de faire varier la pression sur toute la gamme exigée par les sociétés pétrolières, et allant généralement de 0 à 50 bars. Le matériel proposé comprend des modules vortex (modules réducteurs de pression) successifs dont le réglage est commun permettant ainsi un réglage 15 progressif unique sur la gamme de pression. Le matériel selon l'invention est positionné en aval de la pompe d'injection, comme dans le cas de la troisième méthode. 20 Ce matériel comprend un corps comprenant des épaulements internes au sein duquel se déplace un mobile comprenant des éléments coniques permettant d'augmenter ou de diminuer la chute de pression, le mobile étant mu en translation au moyen d'un seul moteur. 25 Cette application est en particulier favorable sur les duses sous-marines où le contrôle devient extrêmement réduit. L'invention a pour objet un appareil de régulation de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puits de pétrole, ledit appareil comprenant : 30 - un actionneur connecté à l'axe d'un mobile de sorte à faire avancer et reculer le mobile en translation ; - une pièce d'étanchéité permettant de maintenir l'étanchéité de l'actionneur dans les conditions de pression du champ; 4 - un moyen d'entrée du fluide d'injection à la pression de la pompe d'injection, le moyen d'entrée étant positionné entre la pièce d'étanchéité et un corps ; - un corps positionné en aval du moyen d'entrée dans le sens de 5 circulation du fluide, ledit corps comprenant un tube comprenant lui- même des épaulements internes, et à l'intérieur duquel est mu en translation le mobile ; - un mobile comprenant des éléments coniques centrés autour de son axe ; 10 - un moyen de sortie du fluide d'injection en aval du corps dans le sens de circulation du fluide d'injection. Le fluide d'injection entre dans le corps de l'appareil à une pression Pl, puis il traverse ce corps en passant dans l'espace séparant 1 ' épaulement, 15 préférentiellement continu et plein, et l'élément conique. Cet élément conique étant plus ou moins éloigné de l'épaulement en fonction de la position du mobile dans le corps, la section de passage est donc plus ou moins grande. Lorsqu'elle est faible, l'effet vortex est important conduisant ainsi à une baisse importante de la pression, et inversement. Le fluide sort de l'appareil à une pression P2 inférieure à 20 P1. L'avantage de l'invention est de moduler la baisse de pression grâce à une seule commande, sur une grande plage de pression allant de 0 à 50 bars, le tout en limitant la dégradation du polymère. L'appareil permet de limiter la dégradation 25 de la viscosité de la solution polymérique à moins de 10% avec une perte de charge de 50 bars. Cette dégradation peut être réduite en augmentant le nombre de modules. Les conditions de pression de champ pétrolier sont telles que les pressions 30 rencontrées sont comprises entre 30 et 200 bars. L'actionneur peut être électrique ou manuel. Il peut être piloté par un robot ou piloté à distance. Cela est particulièrement intéressant lors d'opérations offshore. 5 La pièce d'étanchéité peut être par exemple un presse-étoupe, un soufflet ou un entrainement magnétique. Avantageusement, le moyen d'entrée de fluide est perpendiculaire au corps. 5 Le mobile contient préférentiellement entre 1 et 20 éléments coniques, plus préférentiellement entre 2 et 10. On appelle module réducteur de pression, chaque partie formée par le corps et l'élément conique positionné entre 2 épaulements successifs. 10 L'invention a également pour objet l'utilisation de l'appareil selon l'invention dans une opération de récupération assistée du pétrole. L'appareil est particulièrement intéressant dans les opérations offshores dans lesquelles l'appareil est au fond de l'eau et peut être commandé à distance par plongeur ou 15 via un robot sous-marin en une seule manoeuvre. L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien de l'exemple suivant, à l'appui des figures annexées. 20 La figure 1 représente une vue schématique de l'appareil de régulation de pression de l'invention en position fermée. La figure 2 représente une vue schématique de l'appareil de régulation de pression de l'invention en position ouverte. 25 La figure 3 est un graphique montrant l'évolution de la section de passage (en mm2) en fonction de la position du mobile La figure 1 est une vue schématique de l'appareil de régulation de pression 30 connectable en série à la canalisation principale avec un diamètre maximum de passage correspondant à un pouce. L'appareil comprend successivement un actionneur électrique (1) permettant de faire avancer et reculer le mobile, un presse étoupe (2) permettant de maintenir l'étanchéité de l'arbre dans les conditions de pression du champ, une entrée (3) du fluide d'injection à la pression 35 de la pompe d'injection, un corps (4) contenant des épaulements (5) ayant un effet 6 vortex, un mobile (6) constitué d'un axe (6.1) et d'éléments coniques (6.2) permettant de fermer ou d'ouvrir totalement la section de passage (6.3) du liquide, d'une sortie (7) de l'eau d'injection à la pression désirée. 5 La figure 2 est une vue schématique du même appareil de régulation de pression que la figure 1 pour lequel le mobile a été translaté vers la gauche laissant ainsi des passages pour l'écoulement du fluide d'injection. La figure 3 est un graphique montrant l'évolution de la section de passage (en 10 mm2) en fonction de la position du mobile, autrement dit de la course du mobile (en mm). Lorsque la position de la section est à 0, c'est-à-dire que l'élément conique est en contact avec l'épaulement, alors la section de passage est nulle et le fluide ne traverse pas l'appareil. Lorsque le mobile est déplacé, alors la section de passage augmente progressivement avec la course du mobile. Plus la section de 15 passage est importante, moins la chute de pression est importante. Dans le cas de la figure 1, la section de passage de l'appareil est l'équivalente d'une duse ayant un passage libre maximum équivalent à l'intérieur d'un tube, de surface équivalente en position ouverte, de un pouce. 20 L'expérience montre qu'il faut avec l'appareil exemplifié, et suivant la concentration et la viscosité de l'eau d'injection, la salinité, le type de polymère, environ 1 module réducteur de pression pour 7 à 11 bars. 25 Si on souhaite limiter au maximum la taille du matériel, des essais préalables, seront nécessaires. Sinon, on peut utiliser un nombre standard de modules de 8 à 10 qui permet de couvrir dans tous les cas, la plage 0 à 50 bars. L'efficacité par étage dépend de la viscosité de la solution, de la salinité de l'eau, du taux de pétrole, de la présence de tensioactifs. 30 Evidemment, des variations de forme (et en particulier l'angle du cône) et du nombre des modules, de la hauteur des épaulements de l'actionneur, spécialement pour des opérations sous-marines, permettent d'adapter au maximum le matériel au but recherché, qui est souvent, en base d'une dégradation inférieure à 10% REVENDICATIONS1. Appareil de régulation de pression d'injection d'une solution aqueuse polymérique dans un puits de pétrole, ledit appareil comprenant : un actionneur (1) connecté à l'axe d'un mobile de sorte à faire avancer et reculer le mobile (6) en translation ; - une pièce d'étanchéité permettant de maintenir l'étanchéité de l'actionneur dans les conditions de pression du champ; un moyen d'entrée (3) du fluide d'injection à la pression de la pompe d'injection, le moyen d'entrée étant positionnée entre la pièce d'étanchéité (2) et un corps (4) ; - un corps (4) positionné en aval du moyen d'entrée (3) dans le sens de circulation du fluide, le dit corps comprenant un tube comprenant lui- même des épaulements (5) internes, et à l'intérieur duquel est mu en translation le mobile (6) ; - un mobile (6) comprenant des éléments coniques (6.2) centrés autour de son axe (6.1) ; - un moyen de sortie (7) du fluide d'injection en aval du corps dans le sens de circulation du fluide d'injection. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (1) est électrique ou manuel, et il est piloté par un robot ou piloté à distance. 3. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce d'étanchéité (2) est un presse-étoupe, un soufflet ou un entrainement magnétique. 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen d'entrée (3) de fluide est perpendiculaire au corps (4). 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mobile (6) contient entre 1 et 20 éléments coniques (6.2), préférentiellement entre 2 et 10. 6. Utilisation de l'appareil selon l'une des revendications 1 à 5 dans une opération de récupération assistée du pétrole. 8 7. Utilisation de l'appareil selon l'une des revendications 1 à 5 dans les opérations offshores dans lesquelles l'appareil est au fond de l'eau et peut être commandé à distance ou via un plongeur ou un robot sous-marin en une seule manoeuvre. 5