Brevet FR3091895A1 — publié le 20200724

Description Titre de l'invention : Système et procédé de récupération d'énergie d'un puits de production au moyen d'un circuit fermé selon un cycle de Rankine Domaine technique 100011 La présente invention concerne le domaine de la récupération d'énergie d'un puits de production d'hydrocarbures. 100021 L'invention concerne des puits en production, notamment des puits en fin de vie produisant beaucoup d'eau. H s'appuie sur le concept connu de la récupération de chaleur dans les puits. Technique antérieure [0003] Afin d'apprécier l'intérêt économique et environnemental de la récupération de la chaleur dans un puits de production d'hydrocarbures, il convient de donner quelques chiffres relatifs au contenu calorifique des effluents de puits pétroliers, et d'évaluer la part exploitable à des fins de production électrique. [0004] La production pétrolière mondiale s'élevait à 92 15 millions de barils par jour en 2016 (source : BP Statistical Review of World Energy 2017). [0005] L'importance de l'eau qui accompagne la production de cette huile doit également être soulignée. Il est estimé que 210 millions de barils d'eau accompagnent chaque jour la production de 75 millions de barils d'huile (cette production provenant notamment des champs les plus matures). [0006] Environ le quart ou le tiers des effluents de puits pétroliers (eau et huile) serait issu de réservoirs à une température égale ou supérieure à 100°C (estimation à partir des distributions consultables dans l'ouvrage "Global Resource Estimates from Total Petroleum Systems" de T.S. Ahlbrandt et al. 2005) .A défaut de chiffre précis et sous réserve de confirmation, on peut retenir le chiffre de 25%. La température moyenne des effluents tous puits confondus serait quant à elle de l'ordre de 70°C, chiffre là encore estimé de manière approximative d'après les distributions consultables. [0007] Sur la base des chiffres précédents, la puissance calorifique totale des effluents de tous les puits pétroliers (70°C) serait de l'ordre de 96 GW. [0008] En vue d'une conversion en électricité de cette chaleur, on s'intéresse maintenant aux effluents pétroliers de température au moins égale à 100°C. Comme indiqué précédemment, on estime que ces derniers représentent le quart de la production totale d'huile et on considère que le WOR (de l'anglais "Water-Oil Ratio" pouvant être traduit par ratio eau/huile) moyen de ces champs, souvent plus récents car souvent plus profonds, est moindre (1.5 au lieu de 3). La puissance calorifique libérée par ces 2 effluents refroidis de 100°C à 20°C pourrait alors être de l'ordre de 27.2 GW. Ces chiffres, peut-être minimisés par le choix d'une température n'excédant pas 100°C montrent que le potentiel d'énergie électrique, sans être exceptionnel, peut être intéressant, notamment pour satisfaire les besoins de puissance sur site isolé. D'autre part, la puissance calorifique associée (perdue en l'absence de toute récupération directe) est considérable, de l'ordre de 10 fois supérieure. [0009] Tl existe donc bien un fort potentiel d'énergie à récupérer au sein des puits de production d'hydrocarbures. [0010] En outre, il est connu de convertir des puits pétroliers abandonnés en échangeur de chaleur pour récupérer de l'énergie géothermique. Toutefois, de telles solutions permettent la récupération de la seule chaleur des abords de puits en mode statique (c'est-à-dire sans production d'aucun fluide). De plus, le flux thermique extrait de puits abandonnés résulte de la seule conduction thermique des terrains, laquelle ne permet pas une recharge thermique rapide à partir des zones éloignées du puits. [0011] La valorisation de la chaleur de puits pétroliers en production n'a pas été envisagée, bien que la chaleur récupérable dans ces puits en production provienne non seulement des abords de ces puits mais également et surtout de fluides en provenance de zones de plus en plus éloignées du puits au fur et à mesure de l'exploitation. [0012] Par exemple, il a été développé un dispositif d'échangeur fermé de puits pour récupérer et valoriser la chaleur des abords de puits abandonnés. Un tel dispositif est décrit notamment dans les documents suivants : [0013] - Davis, A. P., Michaelides, E. E. (2009) Geothermal power production fi-om abandoned oil wells, Energy 34, 866-872. [0014] - Bu, X., Ma, W., Li, H. (2012) Geothermal energy production utilizing abandoned ou l and gas wells, Renewable Energy 41, 80-85 [0015] - Alimonti et al. (2016) Coupling of energy conversion systems and wellbore heat exchanger in a depleted ou l well, Geothermal Energy (2016) 4:11. DOT 10.11861s40517-016-0053-9. [0016] - Alimonti, C., Soldo, E., Bocchetti, D. and Berardi, D. (2018) The wellbore heat ex- changers: A technical review, Renewable Energy 123, 353-381. [0017] - Alimonti, C. and Soldo, E. (2016) Study of geothermal power generation from a very deep ou l well with a wellbore heat exchanger, Renewable Energy 86, 292-301.). [0018] Toutefois, la mise en oeuvre de cette technologie n'a pas été envisagée pour valoriser la chaleur des effluents de puits en production. Or cette dernière est issue du volume de réservoir drainé dont le contenu calorifique est considérable (bien supérieur à celui des abords de puits) et maintenu au cours du temps par extension des aires de drainage des puits. 3 Résumé de l'invention [0019] Afin d'étendre le potentiel de récupération d'énergie thermique issue de puits pé- troliers, la présente invention concerne un système et un procédé de récupération d'énergie au moyen d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine, pour lequel l'échangeur de chaleur est intégré dans un puits de production d'hydrocarbures, et pour lequel (par conséquent) la source chaude de l'échangeur de chaleur du cycle de Rankine est l'effluent pétrolier produit. Ainsi, le procédé et le système de l'invention permettent de récupérer la chaleur de l'effluent produit lors de la production d'hydrocarbures et de convertir cette chaleur en une autre énergie. De plus, le procédé et le système selon l'invention permettent de récupérer un flux de chaleur plus important que celui issu des abords de puits, notamment car les effluents produits sont issus du réservoir souterrain dans sa globalité. De plus, le système de conversion de chaleur en électricité est optimisé pour maximiser la récupération de chaleur et le rendement de conversion. En outre, le fonctionnement en boucle (circulation en boucle du fluide de travail) au sein du puits évite les problèmes de corrosion ou de dépôts rencontrés dans les systèmes géothermiques ouverts, où la saumure issue du réservoir constitue le fluide vecteur de chaleur. [0020] L'invention concerne un système de récupération d'énergie au moyen d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine, un fluide de travail circulant dans ledit circuit fermé, ledit circuit fermé comprenant au moins une pompe de circulation et de compression dudit fluide de travail, un échangeur de chaleur entre le fluide de travail et une source chaude, des moyens de détente du fluide de travail pour générer une énergie, un condenseur dudit fluide de travail balayé par une source froide, et des conduites de circulation dudit fluide de travail pour faire circuler ledit fluide de travail entre ladite pompe, ledit échangeur de chaleur, lesdits moyens de détente, et ledit condenseur. Au moins une partie dudit échangeur de chaleur est disposé dans un puits de production d'hydrocarbures, ladite source chaude étant l'effluent produit au sein dudit puits de production. [0021] Selon un mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur est formé par des tubes concentriques au sein dudit puits de production, lesdits tubes concentriques délimitant trois espaces de circulation dudit fluide de travail et dudit effluent produit. [0022] Avantageusement, ledit échangeur de chaleur comprend un tube conducteur thermique pour échanger de la chaleur entre ledit fluide de travail et ledit effluent produit. [0023] De préférence, ledit échangeur de chaleur comprend un tube isolant thermique pour conserver la température dudit fluide de travail. [0024] Selon un premier mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l'extérieur vers l'intérieur un espace de circulation dudit effluent produit, un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production, et un espace de circulation dudit fluide de travail ascendant dans ledit puits de production. [0025] Selon un deuxième mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l'extérieur vers l'intérieur un espace de circulation dudit fluide de travail ascendant dans ledit puits de production, un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production, et un espace de circulation dudit effluent produit. [0026] Selon un troisième mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l'extérieur vers l'intérieur un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production, un espace de circulation dudit effluent produit, et un espace de circulation dudit fluide de travail ascendant dans ledit puits de production. [0027] Selon un quatrième mode de réalisation, ledit échangeur de chaleur comporte de l'extérieur vers l'intérieur un espace de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production, un espace de circulation dudit effluent produit, et un espace de circulation dudit fluide de travail descendant dans ledit puits de production. [0028] Selon un aspect, ledit échangeur de chaleur comporte en outre, à son extrémité la plus profonde au moins un orifice et au moins un bouchon pour diriger la circulation dudit fluide de travail et dudit effluent produit dans lesdits espaces de circulation. [0029] Conformément à une mise en oeuvre, ledit fluide de travail est un fluide organique, tel que du propane, du butane, ou de l'isobutane. [0030] En outre, l'invention concerne un procédé de récupération d'énergie au moyen d'un circuit fermé selon un cycle de Rankine, dans lequel on fait circuler un fluide de travail dans ledit circuit fermé, ledit circuit fermé comprenant au moins une pompe de circulation et de compression dudit fluide de travail, un échangeur de chaleur du fluide de travail avec une source chaude, des moyens de détente du fluide de travail pour générer une énergie, un condenseur dudit fluide de travail balayé par une source froide, et des conduites de circulation dudit fluide de travail pour faire circuler ledit fluide de travail entre ladite pompe, ledit échangeur de chaleur, lesdits moyens de détente, et ledit condenseur. Pour ce procédé, on échange de la chaleur entre ledit fluide de travail et un effluent produit en tant que source chaude au sein d'un puits de production d'hydrocarbures. [0031] Selon un aspect, le procédé met en oeuvre le système de récupération d'énergie selon l'une des caractéristiques précédentes. [0032] D'autres caractéristiques et avantages du système et du procédé selon l'invention, ap- paraîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. Liste des figures 100331 Ifig.11 [0034] La figure 1 illustre un circuit fermé selon un cycle de Rankine. [0035] [fig.2] [0036] La figure 2 illustre un système de récupération d'énergie selon un premier mode de réalisation de l'invention. [0037] [fig.3] [0038] La figure 3 illustre une vue en coupe de l'échangeur de chaleur du système de récu- pération d'énergie selon une mise en oeuvre de l'invention. [0039] [fig.4] [0040] La figure 4 illustre une première variante de réalisation de l'échangeur de chaleur du système de récupération d'énergie. [0041] [fig.5] [0042] La figure 5 illustre une deuxième variante de réalisation de l'échangeur de chaleur du système de récupération d'énergie. [0043] [fig.6] [0044] La figure 6 illustre une troisième variante de réalisation de l'échangeur de chaleur du système de récupération d'énergie. [0045] [fig.7] [0046] La figure 7 illustre un système de récupération d'énergie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0047] [fig.8] [0048] La figure 8 illustre un système de récupération d'énergie selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Description des modes de réalisation [0049] La présente invention concerne un système et un procédé de récupération d'énergie d'un puits de production d'hydrocarbures au moyen d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine. On appelle puits dc production d'hydrocarbures, un puits d'exploitation d'une formation souterraine qui possède des hydrocarbures gazeux ou liquides. Un tel puits dc production d'hydrocarbures comprend généralement un conduit (dc l'anglais « tubing » pouvant être appelé aussi cuvelage), pouvant être sensiblement cylindrique. Par hydrocarbures, on entend au sens de la présente invention des produits pétrolifères tels que du pétrole ou de l'huile brute, du pétrole ou de l'huile extra lourde, des sables asphalténiques, des schistes bitumineux, et des gaz hydrocarbonés présents dans la foimation souterraine. [0050] Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique qui permet notamment de convertir de la chaleur en une autre énergie, par exemple une énergie électrique ou une énergie mécanique. Un cycle de Rankine (cf. figure 1) est un cycle dans lequel un 6 fluide de travail circulant dans un circuit fermé 1 est soumis successivement aux étapes suivantes : [0051] - vaporisation, par exemple au moyen d'un échangeur de chaleur 3 avec une source chaude C. [0052] - détente, par un moyen de détente du fluide de travail, par exemple une turbine 4, qui convertit l'énergie thermique en énergie mécanique, voire en énergie électrique, [0053] - condensation, par exemple au moyen d'un condenseur 5, qui échange des frigories avec une source froide F, et [0054] - compression et mise en circulation, par exemple au moyen d'une pompe 2. [0055] Le circuit fermé fonctionnant selon le cycle de Rankine comprend en outre des conduits pour relier les différents composants du circuit fermé. [0056] Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit fermé peut également comprendre un réservoir de stockage du fluide de travail. Le réservoir de stockage du fluide de travail peut être avantageusement situé entre le condenseur et la pompe. [0057] Selon l'invention, l'échangeur de chaleur est disposé (en d'autres termes intégré) au moins partiellement dans un puits de production d'hydrocarbures, et la source chaude est l'effluent produit au sein du puits de production. De préférence, l'échangeur de chaleur peut être totalement disposé dans le puits de production d'hydrocarbures. L'effluent produit est constitué d'un ou plusieurs fluides issu du réservoir souterrain, par exemple l'effluent produit peut comprendre essentiellement des hydrocarbures, et éventuellement de l'eau. Ainsi, le procédé selon l'invention réalise un échange de chaleur entre le fluide de travail du circuit fermé selon le cycle de Rankine et l'effluent produit dans le puits de production en tant que source chaude. Par conséquent, le système et le procédé selon l'invention permettent de récupérer de la chaleur directement dans le puits de production lors de la production d'hydrocarbures. De plus, l'utilisation d'un circuit fermé permet d'éviter les pertes de fluide et de chaleur qui se produisent dans les systèmes géothermiques dits ouverts, où le fluide vecteur circule dans la formation souterraine. L'invention met directement en oeuvre le fluide de travail qui passe dans le puits de production et non un fluide secondaire, ce qui permet de s'affranchir d'équipements supplémentaires tels qu'un échangeur de chaleur supplémentaire et une pompe de circulation supplémentaire, et d'éviter les pertes thermiques associées. [0058] Le fluide de travail du circuit fermé fonctionnant selon le cycle de Rankine peut être de l'eau, un fluide organique, par exemple du propane, du butane, de fisobutane, ou tout fluide apte à se vaporiser au contact avec l'effluent produit dans le puits pétrolier. De préférence, le fluide de travail peut être choisi en fonction du puits de production de telle sorte qu'il réponde au critère suivant : état liquide en surface à l'injection dans le puits de production, et état vapeur pressurisée en retour à la surface à l'entrée du 7 moyen de détente du circuit fermé selon le cycle de Rankine. [0059] L'échangeur de chaleur disposé au sein du puits dc production peut être de tout type, par exemple sous la forme d'un serpentin de circulation du fluide de travail au sein du puits de production, ou tout moyen analogue. [0060] Selon une mise en oeuvre de l'invention, l'échangeur de chaleur peut être formé par des tubes concentriques au sein du puits de production d'hydrocarbures. Des espaces concentriques sont alors délimités entre les tubes : un espace cylindrique au centre, et des espaces annulaires autour, au sein de ces espaces circulent, le fluide de travail et l'effluent produit. L'effluent pétrolier a un mouvement vertical ascendant dans un des espaces, le fluide de travail a un mouvement vertical descendant dans un des espaces, et a un mouvement vertical ascendant dans le troisième espace. Ce mode de réalisation permet des bons échanges de chaleur avec une grande surface d'échange de chaleur entre le fluide de travail et l'effluent produit, de manière simple (seuls des tubes sont utilisés). L'échange de chaleur entre le fluide de travail et l'effluent produit peut avoir lieu sur tout ou partie du trajet séparant le fond du puits et la surface. L'effluent produit peut être issu d'un réservoir situé à une profondeur variable, de l'ordre de 3000 mètres par exemple. La température du réservoir est déterminée par la valeur du gradient géothermique à la localisation du réservoir. A titre d'exemple, pour un réservoir situé à 3 km de profondeur, un gradient géothermique moyen, de l'ordre de 30°C par km, conduit à une température de réservoir de 100°C. Le système et le procédé de récupération d'énergie selon l'invention peuvent donc être plus avantageux pour des réservoirs situés à profondeur élevée (de l'ordre de 3 km ou plus) et/ou dans des régions à fort gradient géothermique (supérieur à 30°C par km). [0061] De préférence, l'échangeur de chaleur comprend trois tubes concentriques parmi lesquels le tube formant le puits de production, un tube intermédiaire et un tube central. Dans ce cas, le tube formant le puits de production est le tube de plus grand diamètre. [0062] Les tubes peuvent être rigides ou flexibles. [0063] Pour cette mise en oeuvre de l'invention, au moins un des tubes peut être un tube conducteur thermique, par exemple en métal, pour échanger de la chaleur entre l'effluent produit et le fluide de travail. En d'autres termes, l'échangeur de chaleur comprend au moins un tube conducteur thermique entre un espace dans lequel circule l'effluent et un espace dans lequel circule le fluide de travail. De préférence, le tube conducteur thermique peut être prévu entre l'espace dans lequel circule l'effluent produit et un espace dans lequel circule le fluide de travail sur son trajet descendant dans le puits de production. [0064] Selon un aspect de cette mise en oeuvre de l'invention, au moins un des tubes peut être un tube isolant thermique, par exemple en ciment (ou autre matériau isolant), pour conserver la température du fluide de travail. De préférence, le tube isolant thermique 8 peut isoler thermiquement l'espace dans lequel le fluide de travail remonte vers la surface (trajet ascendant) après avoir été chauffé sur son trajet descendant par l'effluent produit. [0065] Selon une caractéristique de cette mise en oeuvre de l'invention, l'échangeur de chaleur peut comprendre au moins un bouchon disposé à l'extrémité la plus profonde des tubes, pour éviter que les fluides (fluide de travail et effluent produit) ne se mélangent, et pour diriger les deux fluides dans les espaces de circulation respectifs. [0066] Selon une autre caractéristique de cette mise en oeuvre, au moins un orifice peut être prévu à proximité d'une extrémité la plus profonde d'au moins un tube pour diriger le fluide de travail d'un espace à un autre. [0067] Alternativement, au moins un canal, par exemple un canal radial peut être prévu à proximité d'une extrémité la plus profonde d'au moins un tube pour diriger le fluide de travail d'un espace à un autre. [0068] Conformément à un premier mode de réalisation de cette mise en oeuvre de l'invention, l'échangeur de chaleur peut comporter de l'extérieur vers l'intérieur, un espace de circulation de l'effluent produit, un espace de circulation du fluide de travail descendant dans le puits de production, et un espace central de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production. Pour ce premier mode de réalisation, le fluide de travail et l'effluent produit échangent de la chaleur au niveau du tube intermédiaire lors de la descente du fluide de travail, et le fluide de travail remonte ensuite chaud dans l'espace central. Pour ce premier mode de réalisation, le tube intermédiaire peut être un tube conducteur thermique et le tube central peut être un tube isolant thermique. [0069] Conformément à un deuxième mode de réalisation de cette mise en oeuvre de l'invention, l'échangeur de chaleur peut comporter de l'extérieur vers l'intérieur, un espace de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production, un espace de circulation du fluide de travail descendant dans le puits de production, et un espace central de circulation de l'effluent produit. Pour ce deuxième mode de réalisation, le fluide de travail et l'effluent produit échangent de la chaleur au niveau du tube central lors de la descente du fluide de travail, et le fluide de travail remonte ensuite chaud. Pour ce deuxième mode de réalisation, le tube intermédiaire peut être un tube isolant thermique et le tube central peut être un tube conducteur thermique. De plus, le tubing du puits de production peut être également un tube isolant thermique. [0070] Conformément à un troisième mode de réalisation de cette mise en oeuvre de l'invention, l'échangeur de chaleur peut comporter de l'extérieur vers l'intérieur, un espace de circulation du fluide de travail descendant dans le puits de production, un espace de circulation de l'effluent produit, et un espace central de circulation du fluide de travail ascendant dans le puits de production. Pour ce troisième mode de réalisation, 9 le fluide de travail et l'effluent produit échangent de la chaleur au niveau du tube intermédiaire lors de la descente du fluide de travail, et le fluide de travail remonte ensuite chaud. Pour ce troisième mode de réalisation, le tube intermédiaire peut être un tube conducteur thermique et le tubing du puits de production peut être conducteur thermique ou isolant thermique. De plus, le tube central peut être un tube isolant thermique. [0071] Ces trois modes de réalisation ne sont pas exhaustifs et d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, on peut inverser la direction de circulation (ascendant/descendant) du fluide de travail dans les espaces de circulation du fluide de travail. [0072] De manière avantageuse, le procédé selon l'invention peut mettre en oeuvre le système selon l'une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes du système selon l'invention décrite ci-dessus et ci-dessous. [0073] La figure 2 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système de ré- cupération d'énergie selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le système de récupération d'énergie 1 comprend un circuit fermé 1 fonctionnant selon un cycle de Rankine, dans lequel circule un fluide de travail. Le circuit fermé 1 comporte consécutivement un échangeur de chaleur 3, une turbine 4, un condenseur 5 balayé par une source froide F. et une pompe 2. L'échangeur de chaleur 3 est intégré dans un puits de production 6 d'hydrocarbures, la source chaude de l'échangeur de chaleur 3 est l'effluent produit. L'échangeur de chaleur 3 est par conséquent essentiellement sous le niveau du sol 17. L'échangeur de chaleur 3 est formé de trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing (ou casing ou cuvelage) du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Les tubes intermédiaire 7 et central 8 sont fermés à leurs extrémités les plus profondes par un bouchon 13 pour éviter que le fluide de travail ne se mélange avec l'effluent produit. De plus, le tube central 8 comprend un orifice 9 à proximité de son extrémité la plus profonde, permettant la communication entre l'espace intérieur du tube central 8, et l'espace annulaire intermédiaire délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8. De plus, le tube extérieur 6 comprend un bouchon 11 et un orifice 12 pour diriger l'effluent produit 10 dans l'espace externe délimité par le tube extérieur 6 et le tube intermédiaire 7. Pour ce mode de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique pour favoriser les échanges de chaleur entre le fluide de travail et l'effluent produit 10, et le tube central 8 est un tube isolant thermique pour maintenir la température du fluide de travail. Pour le mode de réalisation illustré, le fluide de travail descend dans le puits dans l'espace intermédiaire (délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8), et remonte dans le puits par l'espace central (à l'intérieur du tube central 8), alors que l'effluent produit 10 remonte dans l'espace externe (délimité par les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7). [0074] La figure 3 représente une vue en coupe (ou vue de dessus) d'un échangeur de chaleur 3 selon une mise en oeuvre de l'invention. L'échangeur de chaleur 3 est formé par trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces 14, 15 et 16 servent au passage respectif des deux fluides (fluide de travail et effluent produit). [0075] Les figures 4 à 6 illustrent, schématiquement et de manière non limitative, trois variantes de réalisation de la mise en oeuvre de la figure 3 de l'échangeur de chaleur pour le système de récupération d'énergie selon . Les figures 4 à 6 sont des vues de dessus de l'échangeur de chaleur. [0076] La première variante de réalisation illustrée par la figure 4 représente un échangeur de chaleur 3 formé par trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Pour cette deuxième variante de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique, et le tube central 8 est un tube isolant thermique. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces, 14 d'une part, 15 et 16 d'autre part, servent au passage respectif de l'effluent produit et du fluide de travail. Cette variante de réalisation est particulièrement adaptée au premier mode de réalisation de la figure 2. [0077] La deuxième variante de réalisation illustrée par la figure 5 représente un échangeur de chaleur 3 formé par trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Pour cette troisième variante de réalisation, le tube central 8 est un tube conducteur thermique, et les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7 sont des tubes isolant thermique. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces 14 et 15 d'une part et 16 d'autre part, servent au passage respectif du fluide de travail et de l'effluent produit. Cette deuxième variante de réalisation est particulièrement adaptée au deuxième mode de réalisation de l'invention de la figure 7, qui sera décrit en détail ci-après. [0078] La troisième variante de réalisation illustrée par la figure 6 représente un échangeur 11 de chaleur 3 formé par trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Pour cette troisième variante de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique, et le tube central 8 est un tube isolant thermique. Pour cette variante de réalisation, le tube extérieur 6 peut également être un tube isolant thermique. Un espace externe 14 annulaire est formé entre les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. Un espace intermédiaire 15 annulaire est formé entre les tubes intermédiaire 7 et central 8. Un espace interne 16 tubulaire est formé au sein du tube central 8. Ces trois espaces 14 et 16 d'une part, 15 d'autre part, servent au passage respectif du fluide de travail et de l'effluent produit. La troisième variante de réalisation est particulièrement adaptée au troisième mode de réalisation de l'invention de la figure 8 qui sera décrit ci-après. [0079] D'autres variantes de réalisation de l'échangeur peuvent être envisagées : avec quatre tubes concentriques, et/ou avec deux tubes conducteurs thermiques, et/ou avec d'autres répartitions des tubes isolants et des tubes conducteurs, etc. [0080] La figure 7 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système de ré- cupération d'énergie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le système de récupération d'énergie 1 comprend un circuit fermé 1 fonctionnant selon un cycle de Rankine, dans lequel circule un fluide de travail. Le circuit fermé 1 comporte consécutivement un échangeur de chaleur 3, une turbine 4, un condenseur 5 balayé par une source froide F, et une pompe 2. L'échangeur de chaleur 3 est intégré dans un puits de production 6 d'hydrocarbures, la source chaude de l'échangeur de chaleur 3 est l'effluent produit. L'échangeur de chaleur 3 est par conséquent essentiellement sous le niveau du sol 17. L'échangeur de chaleur 3 est formé de trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Les tubes intermédiaire 7 et extérieur 6 sont fermés à leurs extrémités les plus profondes par un bouchon 13 pour éviter que le fluide de travail ne se mélange avec l'effluent produit par le tube central 8. De plus, le tube intermédiaire 7 comprend un orifice 9 à proximité de son extrémité la plus profonde, permettant la communication entre l'espace externe du tube extérieur 6 et l'espace annulaire intermédiaire délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8. Pour ce mode de réalisation, le tube central 8 est un tube conducteur thermique pour favoriser les échanges de chaleur entre le fluide de travail et l'effluent produit 10, et les tubes intermédiaire? et extérieur 6 sont des tubes isolants thermiquement pour maintenir la température du fluide de travail. Pour le mode de réalisation illustré, le fluide de travail descend dans le puits dans l'espace intermédiaire (délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8), et remonte dans le puits par l'espace externe délimité par les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7. 12 [0081] La figure 8 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système de ré- cupération d'énergie selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Le système de récupération d'énergie 1 comprend un circuit fermé 1 fonctionnant selon un cycle de Rankine, dans lequel circule un fluide de travail. Le circuit fermé 1 comporte consécutivement un échangeur de chaleur 3, une turbine 4, un condenseur S balayé par une source froide F, et une pompe 2. L'échangeur de chaleur 3 est intégré dans un puits de production 6 d'hydrocarbures, la source chaude de l'échangeur de chaleur 3 est l'effluent produit. L'échangeur de chaleur 3 est par conséquent sous le niveau du sol 17. L'échangeur de chaleur 3 est formé de trois tubes concentriques comprenant de l'extérieur vers l'intérieur : un tube extérieur 6 correspondant au tubing du puits de production, un tube intermédiaire 7, et un tube central 8. Les tubes central 8 et extérieur 6 sont fermés à leurs extrémités les plus profondes par des bouchons respectivement 11 et 13 pour éviter que le fluide de travail ne se mélange avec l'effluent produit. De plus, l'échangeur de chaleur permet la circulation du fluide de travail 18 entre deux espaces de circulation grâce à des moyens de passage, permettant la communication entre l'espace externe délimité par le tube extérieur 6 et le tube intermédiaire 7 d'une part, et l'espace interne 16 délimité par le tube central 8 d'autre part. Les moyens de passage 18 peuvent être des canaux radiaux (non représentés). Pour ce mode de réalisation, le tube intermédiaire 7 est un tube conducteur thermique pour favoriser les échanges de chaleur entre le fluide de travail et l'effluent produit 10, et le tube central 8 est un tube isolant thermique pour maintenir la température du fluide de travail au cours de sa remontée vers la surface. Pour le mode de réalisation illustré, le fluide de travail descend dans le puits dans l'espace externe (délimité par les tubes extérieur 6 et intermédiaire 7), et remonte dans le puits par l'espace central (à l'intérieur du tube central 8), alors que l'effluent produit remonte dans le puits par l'espace intermédiaire (délimité par les tubes intermédiaire 7 et central 8). [0082] L'invention présente les avantages suivants : Récupération d'une quantité de chaleur beaucoup plus grande que celle des abords du puits car les fluides produits sont issus du réservoir dans son ensemble ; La récupération de chaleur accompagne la production classique des fluides et constitue une valeur ajoutée à cette production La chaleur est valorisée sous forme d'électricité au moyen d'un dispositif optimisé du point de vue du conditionnement de la chaleur en vue de sa conversion en électricité, en particulier pour les modes de réalisation des figures 2 à 8 : - Usage d'un fluide de travail organique circulant en boucle dans deux tubes concentriques inclus dans la colonne de production, 13 - Récupération de la chaleur par transfert dans la colonne de puits selon le principe de l'échangeur, - Le cas échéant, conservation de la chaleur du fluide de travail une fois réchauffé à l'issue de son trajet descendant, grâce à l'isolation thermique d'un des tubes de l'échangeur de chaleur ramenant ce même fluide du fond de puits vers l'installation de production d'électricité en surface. Les conditions thermodynamiques (pression, température) et les propriétés du fluide organique sont telles que sa circulation en boucle requiert très peu d'énergie de pompage (effet de thermosiphon lié à une plus faible masse volumique du fluide de travail sur son trajet remontant que sur son trajet descendant où il est plus froid donc plus dense) ; Le fluide de travail circule dans un système fermé de volume limité, donc ne subit pas de pertes comme dans les systèmes géothermiques dits ouverts, où le fluide vecteur circule dans la formation souterraine. Le dispositif n'en permet pas moins de récupérer la chaleur de la formation souterraine. Exemples [0083j Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de l'exemple d'application ci-après. [00841 Des échangeurs thermiques de puits analogues (en boucle) ont déjà été proposés et évalués en termes de puissance et rendement pour extraire et valoriser sous forme d'électricité la chaleur de puits pétroliers abandonnés, notamment par Cheng, W.-L., Li, T.-T., Nian Y.-L., Wang, C.-L. (2013) (Studics on geothermal power generation using abandoned oil wells, Encrgy 59, 248-254) qui ont envisagé l'isobutane comme fluide de travail. [0085] Pour illustrer le bénéfice potentiel de l'invention, on détermine des évaluations des puissances thermique et électrique exploitables à partir d'un puits en production par injection d'eau (procédé le plus communément utilisé pour produire les champs pétroliers) d'une part, et d'un puits pétrolier abandonné d'autre part. On suppose que les effluents du puits en production sont essentiellement constitués d'eau (90% d'eau et 10% d'huile par exemple) en phase avancée de production du champ par injection d'eau. On considère un débit de production d'eau de 20 nf/h et on néglige le contenu calorifique de l'huile co-produite (environ un vingtième de celui de l'eau produite). On considère un gradient géothermique modéré, de l'ordre de 30 °C /km et une profondeur de réservoir souterrain également modérée, de 3000 m, ce qui conduit à une température de réservoir de l'ordre de 100-110°C. Il s'agit là de chiffres de température et débit volontairement fixés à des valeurs modérées, destinés à montrer l'intérêt potentiel 14 du procédé pour de nombreux champs. [0086] Au moyen de l'invention (selon le mode de réalisation de la figure 2), le fluide de travail en circulation dans le puits en production peut parvenir à un équilibre thermique avec les effluents du réservoir en fond de puits, par optimisation du débit de circulation du fluide de travail. On peut alors récupérer un fluide de travail à une température proche de celle du réservoir par échange thermique entre les effluents issus du réservoir et le fluide de travail circulant à contre-courant le long du puits (en effet, l'échange de chaleur s'effectue par conduction au travers de l'épaisseur réduite (centimétrique) du tube intermédiaire 7 conducteur (métallique). Les effluents transférés par écoulement du réservoir au puits demeurent à la température du réservoir souterrain au cours du temps car ils sont issus de zones de plus en plus éloignées du puits. Par contre, la température des abords d'un puits abandonné où circule un fluide décroît rapidement en raison du caractère limité du transfert thermique qui dans ce cas, s'opère par conduction depuis les zones éloignées du puits demeurées chaudes et non par écoulement de fluides : l'apport limité de chaleur au puits par le mécanisme de conduction est bien mis en évidence dans les deux publications d'Al imonti et al. (2016) et Cheng et al. (2013) précédemment cités. [0087] En retenant une valeur élevée de 40°C pour la température de réinjection du fluide de travail, la puissance thermique récupérée et exploitable est de l'ordre de 1300 KW (puissance calorifique associée au débit de 20 mVh d'eau refroidi de 100°C à 40°C du fond à la surface). Compte tenu du rendement de l'ordre de 9% d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine pour un fluide de travail à 100°C (comme indiqué dans la publication d'Alimonti et al. 2016), la puissance électrique qui peut être obtenue est donc de l'ordre de 120 KW. [0088] Cette puissance est du même ordre que la puissance obtenue (par simulation) par Alimonti et al. (2016) après un an sur un puits abandonné du champ de VillafortunaTrecate à une profondeur de 6000 m dans un réservoir dont la température est bien supérieure (160-170°C) à notre exemple. La nécessité d'opérer sur un champ bien plus profond et chaud dans le cas du cas du puits abandonné d'Alimonti et al. réside dans le mécanisme de conduction thermique qui ne permet pas de maintenir à la température du réservoir le fluide circulant en boucle dans le puits : celle-ci décroît rapidement au cours de la première année, plus lentement ensuite pour ce cas d'étude. Cheng et al. (2013) déjà cité rencontrent la même limitation en considérant un champ très chaud (255°C à 6000 m de profondeur, avec un gradient géothermique de 40°C/km) : la température du fluide de travail (isobutane) issu de la circulation dans leur puits est évaluée par simulation à environ 130°C, avec un rendement global de conversion de l'énergie thermique en électricité de l'ordre de 13.3%. Ces auteurs obtiennent une puissance électrique limitée à 150-160 KW, et concluent à la nécessité de mutualiser de nombreux puits abandonnés. [0089] L'application de l'invention sur le champ de VillaFortuna-Trecate permettrait de doubler la puissance calorifique récupérée (2700 W, compte tenu d'un différentiel de température doublé, de (100°C-40°C) à (160°C-40°C), et de plus que tripler la puissance électrique (430 KW) compte tenu du rendement de conversion accru (de l'ordre de 15%) avec une température du fluide de travail plus élevée. [0090] Par conséquent, le système et le procédé selon l'invention permettent de récupérer un maximum d'énergie de manière simple. Ils permettent de mobiliser une ressource de chaleur actuellement perdue car la chaleur des effluents de production de puits pétroliers n'est pratiquement jamais récupérée à ce jour. 16 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]