CA2033367A1 - Dispositif de separation d'un melange de gaz libre et de liquide a l'admission d'une pompe au fond d'un puits fore - Google Patents
Dispositif de separation d'un melange de gaz libre et de liquide a l'admission d'une pompe au fond d'un puits foreInfo
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- E21—EARTH DRILLING; MINING
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- E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION
DISPOSITIF DE SEPARATION D'UN MELANGE DE GAZ LIBRE ET DE LIQUIDE A
L'ADMISSION D'UNE POMPE AU FOND D'UN PUITS FORE
La présente invention concerne un dispositif de séparation d'un mélange de gaz libre et de liquide à l'admission d'une pompe reliée à une extrémité basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits. La pompe est reliée à la colonne tubulaire par un tube intermédiaire de production et est introduite dans un dispositif d'admission de fluide dont une extrémité basse est obturée et une extrémité haute comporte des orifices d'introduction de fluide, ladite pompe étant placée à l'intérieur dudit dispositif d'admission, à
proximité de son extrémité basse, ledit dispositif d'admission comporte au voisinage de son extrémité basse un dispositif formant au moins un clapet. Application au pompage dans les puits fortement inclinés.
DISPOSITIF DE SEPARATION D'UN MELANGE DE GAZ LIBRE ET DE LIQUIDE A
L'ADMISSION D'UNE POMPE AU FOND D'UN PUITS FORE
La présente invention concerne un dispositif de séparation d'un mélange de gaz libre et de liquide à l'admission d'une pompe reliée à une extrémité basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits. La pompe est reliée à la colonne tubulaire par un tube intermédiaire de production et est introduite dans un dispositif d'admission de fluide dont une extrémité basse est obturée et une extrémité haute comporte des orifices d'introduction de fluide, ladite pompe étant placée à l'intérieur dudit dispositif d'admission, à
proximité de son extrémité basse, ledit dispositif d'admission comporte au voisinage de son extrémité basse un dispositif formant au moins un clapet. Application au pompage dans les puits fortement inclinés.
Description
2(~3~i7 La presente invention concerne un dispositif de separation d'un mélange de gaz et de liquide, ce melange pouvant notamment etre constitué par des hydrocarbures, à l'admission d'une pompe reliee à
une extremite basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits foré.
Les installations de production d'hydrocarbures utilisent, après la mise en place de puits fores vers le reservoir de la formation geologique, des systèmes de pompage destines à faire remonter l'huile vers la surface. Pour cette operation, on descend dans le puits fore une colonne tubulaire servant de conduit pour produire les hydrocarbures au bout de laquelle est disposee une pompe.
Les pompes ut;lisées peuvent être de differents types :
pompes à piston, pompes centrifuges, pompes hydrauliques, pompes à
balancier, pompes volumetriques rotatives (commercialement appellées "Pompe MOINEAU").
Si de telles pompes fonctionnent avec satisfaction quand le fluide pompe est compose en majorite de liquide, des problèmes apparaissent et se developpent lorsqu'un volume de gaz libre est melange au fluide de production. En effet, si la pression d'admission d'un fluide à une pompe est inferieure a la pression de bulle au-dessus de laquelle tout le gaz est dissous dans l'huile, les pompes admettent du gaz libre melange au fluide de production.
une extremite basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits foré.
Les installations de production d'hydrocarbures utilisent, après la mise en place de puits fores vers le reservoir de la formation geologique, des systèmes de pompage destines à faire remonter l'huile vers la surface. Pour cette operation, on descend dans le puits fore une colonne tubulaire servant de conduit pour produire les hydrocarbures au bout de laquelle est disposee une pompe.
Les pompes ut;lisées peuvent être de differents types :
pompes à piston, pompes centrifuges, pompes hydrauliques, pompes à
balancier, pompes volumetriques rotatives (commercialement appellées "Pompe MOINEAU").
Si de telles pompes fonctionnent avec satisfaction quand le fluide pompe est compose en majorite de liquide, des problèmes apparaissent et se developpent lorsqu'un volume de gaz libre est melange au fluide de production. En effet, si la pression d'admission d'un fluide à une pompe est inferieure a la pression de bulle au-dessus de laquelle tout le gaz est dissous dans l'huile, les pompes admettent du gaz libre melange au fluide de production.
2~333~7 Dans ces conditions il en resulte un faible rendement de pompage si l'on rapoorte le débit mesure du reservoir au débit theorique de la pompe et une accelération du fonctionnement de la pompe se repercutant sur l'accroissement de la vitesse de rotation pour les pompes a piston.
L'art anterieur illustré par les brevets GB-983.644 et US-2.969.742 a résolu ce problème en utilisant un dispositif de séparation gaz/liquide monte autour de la pompe pour limiter au maximum la presence de gaz en suspens dans le liquide lors du fonctionnement de la pompe. La pompe est ~introduite au fond d'un conduit tubulaire bouché à sa partie inferieure et pourvu d'orifices d'admission à sa partie superieure de maniere à ce que, au niveau des orifices du séparateur, le gaz libre tende à s'évacuer vers la surface, alors que l'huile est aspirée par la pompe.
Toutefois, un tel assemblage presente un inconvenient grave qui correspond au fonctionnement à sec de la pompe lorsque le niveau de liquide n'atteint pas les orifices d'admission.
L'effet le plus néfaste se retrouve dans une diminution de la duree de vie des pompes volumetriques de type "MOINEAU" dans lesquelles le gaz introduit a tendance à filter dans l'elastomère du stator et donc à deformer les engrenages helicoidaux interieurs de la pompe. Dans les autres types de pompes, l'usure s'amplifie par les risques de blocage de la pompe.
La presente invention vise donc à pallier les inconvenients precites de fonctionnement a sec, d'usure et de deterioration des pompes.
La presente invention a pour objet un dispositif de separation d'un melange de gaz libre et de liquide a l'admission d'une pompe reliee à une extremite basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits fore, la pompe etant reliee a la colonne tubulaire par un tube intermediaire de production et etant introduite dans un dispositif d'admission de fluide dont une extremite basse est obturee et une extremite haute comporte des orifices d'introduction de fluide, ladite pompe etant placee a l'interieur dudit dispositif d'admission, 2~ 3~7
L'art anterieur illustré par les brevets GB-983.644 et US-2.969.742 a résolu ce problème en utilisant un dispositif de séparation gaz/liquide monte autour de la pompe pour limiter au maximum la presence de gaz en suspens dans le liquide lors du fonctionnement de la pompe. La pompe est ~introduite au fond d'un conduit tubulaire bouché à sa partie inferieure et pourvu d'orifices d'admission à sa partie superieure de maniere à ce que, au niveau des orifices du séparateur, le gaz libre tende à s'évacuer vers la surface, alors que l'huile est aspirée par la pompe.
Toutefois, un tel assemblage presente un inconvenient grave qui correspond au fonctionnement à sec de la pompe lorsque le niveau de liquide n'atteint pas les orifices d'admission.
L'effet le plus néfaste se retrouve dans une diminution de la duree de vie des pompes volumetriques de type "MOINEAU" dans lesquelles le gaz introduit a tendance à filter dans l'elastomère du stator et donc à deformer les engrenages helicoidaux interieurs de la pompe. Dans les autres types de pompes, l'usure s'amplifie par les risques de blocage de la pompe.
La presente invention vise donc à pallier les inconvenients precites de fonctionnement a sec, d'usure et de deterioration des pompes.
La presente invention a pour objet un dispositif de separation d'un melange de gaz libre et de liquide a l'admission d'une pompe reliee à une extremite basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits fore, la pompe etant reliee a la colonne tubulaire par un tube intermediaire de production et etant introduite dans un dispositif d'admission de fluide dont une extremite basse est obturee et une extremite haute comporte des orifices d'introduction de fluide, ladite pompe etant placee a l'interieur dudit dispositif d'admission, 2~ 3~7
3 --à proximité de son extrémite basse.
Selon l'invention, le dispositif d'admission comporte au voisinage de son extrémite basse un dispositif formant au moins un clapet.
5Le dispositif d'admission pourra comporter un tube et le dispositif formant au moins un clapet pourra etre placé dans l'axe dudit tube.
Le dispositif d'admission pourra comporter un tube cylindrique, le dispositif formant au moins un clapet, pourra être placé sur les parois cylindriques dudit dispositif d'admission.
Le dispositif d'admission pourra comporter un conduit d'admission entourant coaxialement le tube intermediaire de production et la pompe, le conduit d'admission etant prolonge par un conduit de séparation muni circonférentiellement d'orifices et maintenu autour de ladite colonne tubulaire par une piece de fixation.
Le tube intermediaire de production et la pompe pourront être maintenus coaxialement au conduit d'admission par des centreurs.
Le dispositif formant au moins un clapet pourra comporter un obturateur, tel une bille ou une soupape, constamment sollicite par des moyens elastiques en blocage d'une ouverture d'introduction de fluide dans le conduit d'admission.
Les moyens elastiques pourront posseder une resistance de compression à une pression minimum, ladite pression minimum correspondant à un niveau de liquide dans le conduit d'admission au-dessus de la pompe.
Le conduit d'admission et le conduit de separation pourront être maintenus dans le puits fore par des stabilisateurs.
La longueur du dispositif d'admission du fluide pourra être choisie de manière à developper une différence de pression de quelques bars entre le niveau d'admission de la pompe et le niveau des orifices d'introduction du fluide dans ledit dispositif.
La presente invention s'applique à une installation de pompage dans un puits fore comportant un dispositif de separation, comporte une zone basse dont l'orientation varie de la verticale a une _ 4 _ 2~333~7 forte inclinaison.
On decrira maintenant plus en detail une forme de realisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caracteristiques essentielles et les avantages, etant entendu toutefois que cette forme de realisation est choisie a titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexes dans lesquels :
- la figure 1 représente une coupe d'un puits fore à zone basse fortement inclinée.
- les figures 2 et 3 représentent des dispositifs de separation gaz/liquide associe à une pompe à l'extremite d'une colonne tubulaire comportant respectivement deux variantes differentes de dispositif d'obturation.
La figure 1 represente un puits fore 1 dans lequel est introduite une pompe 3 placee dans une position active au fond du puits par un conduit ou colonne tubulaire 2. Le puits fore comporte près de sa surface une zone pratiquement verticale prolongee vers le bas Par une partie déviee pour devenir, en partie basse, fortement inclinée dans une zone à forte teneur de fluide prelevable. La presente invention s'applique tout particulièrement dans le cas des puits fortement devies, mais elle conserve egalement tous ses avantages dans le cas de puits verticaux.
~ a pompe 3 fixee à l'extremite de la colonne 2 est introduite à partir de la surface et progresse dans le puits par l'adjonction de tronçons tubulaires.
On introduit ensuite interieurement au conduit un ensemble de tiges d'entrainement 30 mises bout a bout dont la rotation est commandee par une tete d'entrainement 23 reliee a un moteur 24 pouvant etre d'un type communement utilise dans les installations de pompage.
La rotation des tiges 30 amorce le dispositif de pompage 3 qui fait remonter le fluide circulant au fond du puits par la colonne tubulaire 2 pour etre evacue vers les conduites de stockage 27. Des vannes 25 regulent en surface la distribution du fluide pompé.
La pompe 3 est introduite à l'extremité de la colonne - 5 - 2~'~33~
tubulaire 2 dans un dispositif de separation 17 visant à faire remonter en surface le gaz libre en suspens dans le liquide, alors que celui-ci est aspiré vers le fond du dispositif de séparation en admission de la pompe 3.
La référence 31 désigne un dispositif d'obturation du type a clapet.
La constitution de ce dispositif de separation est clairement visible en reference a la figure 2.
L'extremite basse de la colonne tubulaire 2 au fond du puits est accolee sur sa circonference à une extremite d'un tube intermediaire de production 6. ~'autre extremite de ce tube intermediaire est reliee à la sortie du dispositif de pompage. Dans l'exemple représenté on utilise une pompe de type "MOINEAU", mais il est entendu que les avantages de la presente invention s'appliqueraient de maniere tout aussi favorable dans le cas d'une pompe à piston, d'une pompe centrifuge, ou d'une pompe à balanciers.
La pompe "MOINEAU" 3 comporte un stator 4 muni d'une enveloppe d'acier de protection tubulaire, recouvrant une partie en elastomère ou pièce active du stator realisant interieurement un engrenage helico;dal.
Un ensemble de tiges 30 mises bout à bout est dispose à
l'interieur de la colonne tubulaire 2, traverse le tube intermédiaire de production 6, et supporte un rotor 5 de manière à lui transmettre un mouvement rotatif commande en surface. Ce rotor 5 comporte sur sa surface un engrenage heLico;dal associe du stator 4.
L'ensemble pompe/tube intermédiaire de production est introduit dans un conduit d'admission 7, realise sous la forme d'un tuyau tubulaire ouvert à ses deux extremites. Une premiere extremite est prolongee par un conduit de separation 8 constitue d'une crepine tubulaire munie d'orifices 9 d'introduction du fluide a l'interieur du conduit 7.
Le conduit de separation 8 et le conduit d'admission 7 sont relies l'un à l'autre par une bague circulaire 15.
Le conduit de séparation 8 est maintenu fixe autour du ~33~o7 tube intermédiaire de production par un organe de liaison 16, cet organe comportant une zone intérieure filetee dans laquelle vient se visser l'extrémite superieure du conduit de separation 8.
Cet organe 16 assure egalement le maintien coaxial et la mise bout a bout de la colonne tubulaire 2 et du tube intermediaire de production 6.
De manière à maintenir ~a pompe 3 et le tube intermédiaire 6 coaxiaux au conduit d'admission dans son axe, on place autour de ces eléments des centreurs 10. Ces centreurs sont, par exemple du type à
lames, bien connus dans les techniques de forage des sols. D'autres types de centreurs peuvent etre aussi utilisés, par exemple des centreurs en caoutchouc. Ces centreurs ont egalement l'avantage de limiter les mouvement d'oscillation de la pompe suivant une section du puits.
On place egalement des stabilisateurs 11 du type precité
autour du conduit d'admission 7 pour placer l'ensemble dans l'axe du puits.
Selon l'invention, l'extrémite inferieure du conduit d'admission est munie d'un dispositif d'obturation 31 comportant une piece 20 realisant une fermeture dans laquelle est menage un clapet.
Ce clapet se compose d'une bille 21 constamment sollicitee en blocage d'une ouverture d'introduction 23 de fluide par des moyens elastiques, tels que, par exemple, un ressort helico;dal 22.
L'exemple decrit aux figures 1 et 2 divulgue l'utilisation d'un clapet place à l'extremite du conduit d'admission sensiblement dans l'axe de la pompe. Selon ce mode de realisation, il existe un risque d'accumulation de sediments au-dessus de l'orifice 42 qui peuvent colmater ce dernier et entraver le fonctionnement du dispositif d'obturation 31.
Le mode de realisation de la figure 3 evite ce risque. Le dispositif selon ce mode de realisation comporte un ou plusieurs clapets disposes circonferentiellement sur les parois laterales ou cylindriques de l'extremite basse du conduit d'admission, la condition requise etant d'être en dessous du niveau d'admission de la pompe.
Z~
Le système d'obturation 32 représente à la figure 3 comporte deux dispositifs d'obturation 33 et 34 positionnés sous la pompe 3 et orientés dans des directions diametrallement opposées. Les dispositifs d'obturation 33 et 34 sont superposés relativement à l'axe du conduit d'admission 7.
En utilisant deux dispositifs d'obturation on renforce la sécurité du fonctionnement du dispositif d'obturation puisqu'il suffit qu'un des deux dispositifs d'obturation fonctionne pour assurer une alimentation en fluide continue à la pompe.
Ces deux dispositifs d'obturation etant identiques un seul sera decrit.
Le dispositif d'obturation 33 comporte un obturateur 35 ayant une surface d'appui conique 36 qui coopère avec un siège conique 37 solidaire du conduit d'admission à son extrémite inferieure.
L'obturateur 35 est guide par une tige cylindrique 38 qui coopère avec un logement cylindrique 39 porté également par le conduit d'admission 7.
,~
Des moyens de rappel 40 tels un ressort helico1dal entourant la tige 38 applique l'obturateur 35 sur son siege 37.
L'orientation des surfaces coniques de l'obturateur 35 et du siège 37 est telle que le dispositif d'obturation empêche l'écoulement d'un fluide provenant de l'interieur du conduit d'admission 7 et allant vers l'espace annulaire 41 defini par les parois du puits et la surface externe du conduit d'admission 7.
Le principe de separation du gaz libre du liquide est réalisé de la manière suivante en se référant à la figure 2.
Le melange gaz/liquide remonte dans le puits et rencontre le dispositif d'obturation qui maintient la bille en blocage de l'ouverture 23. Le melange progresse latéralement autour du conduit d'admission 7 jusqu'au conduit de separation 8. L'ensemble de pompage a ete descendu dans le puits de manière a ce que le niveau dynamique du melange (représentee par la ligne A sur la figure 1) se trouve sensiblement au dessus du conduit de separation.
Les orifices disposés regulierement autour du conduit de 2~? ~3~j~
séparation 8 permettent l'introduction du fluide dans le conduit d'admission. Lorsque le fluide est entraine au fond du conduit d'admission, un phenomène de degazage se produit au niveau de la surface de melange; le gaz s'échappant vers la surface par le puits et le fluide retombant dans le conduit d'admission.
Cependant des problèmes se développent si le niveau dynamique descend au-dessous d'une position limite (représentée en A
sur la figure 2) où les orifices d'admission 9 du conduit de separation. En effet, si le niveau est moins eleve, (comme par exemple le niveau représenté par la ligne B), il n'y aura plus d'introduction de fluide dans le conduit d'admission qui se videra progressivement, jusqu'à un stade où la pompe n'aspirera plus de fluide et donc fonctionnera à sec.
Dans le cas d'une descente du niveau dynamique en dessus des orifices 9, le niveau se stabilise dans le puits alors que l'action de pompage fait baisser rapidement le niveau à L'interieur du conduit créant une difference de niveau d. Cette difference de niveau génère une différence de pression qui vient compenser l'effet du ressort contre la bille d'obturation 23.
Cette difference de pression implique une force contre la bille qui s'ecarte de son siège et permet l'entrée du melange fluide/gaz directement par l'extremite basse de l'ensembLe. La pompe est donc aLors constamment aLimentee en fLuide. IL ne reste pLus aLors ensuite qu'a operer sur Les conduits de fonctionnement, ou reduire La vitesse de rotation et donc le débit de La pompe pour favoriser un reLèvement du niveau dynamique à La hauteur du conduit de séparation 8. Les pressions s'equiLibrent aLors entre L'extérieur et L'intérieur du conduit d'admission 7, la bilLe revient en appui sur son assise pour bLoquer L'ouverture et Le phenomène de separation peut à nouveau s'opérer.
Ce processus d'equiLibrage des pressions s'effectue egaLement Lorsqu'on descend initialement l'ensemble et que le conduit d'admission 7 est vide de tout fluide. Dans cet etat la pompe ne fonctionne pas encore et lorsque l'équilibrage des pressions est 2~3~7 _ 9 _ realisé, on commande la mise en service de la pompe.
Le choix du ressort hélico;dal sera donc effectue de manière à ce que l'ouverture du clapet soit réalisee lorsque le niveau du fluide dans le conduit d'admission 7 se trouvera à mi-niveau entre la pompe et le conduit de séparation (representé par la ligne C).
Dans le cas où le dispositif est equipé de la variante du dispositif d'obturation représentée sur la figure 3, le principe de séparation du gaz libre du liquide est identique au principe décrit ci-dessus pour la figure 2 à la var;ante pres du fonctionnement du dispositif d'obturation, dont les principales étapes sont donnees ci-après.
Dans le cas d'une descente du niveau dynamique en dessous des orifices 9, le niveau se stabilise dans le puits alors que l'action de pompage fait baisser rapidement le niveau a l'intérieur du conduit créant une difference de niveau d. Cette différence de niveau génère une différence de pression qui vient compenser l'effet des moyens de rappel 40 contre l'obturateur 35.
Cette difference de pression implique une force contre l'obturateur 35, qu; s'écarte de son siège 37 et permet l'entrée du mélange fluide/gaz directement par l'extremite basse de l'ensemble. La pompe est donc alors constamment alimentée en fluide.
Il suffit qu'un seul des dispositifs d'obturation fonctionne, les dispositifs pouvant fonctionner seuls ou simultanément.
25Il ne reste plus alors ensuite qu'a opérer sur les conduits de fonctionnement, ou reduire la vitesse de rotation et donc le debit de la pompe pour favoriser un relèvement du niveau dynamique à la hauteur du conduit de separation 8. Les pressions s'équilibrent alors entre l'extérieur et l'intérieur du conduit d'admission 7, 30l'obturateur 5 revient en appui sur son siège 37 pour bloquer l'ouverture et le phenomène de séparation peut à nouveau s'operer.
Tout ce qui a eté dit precedemment pour le dispositif d'obturation decrit dans la figure 2 en ce qui concerne le processus ~ ~ ? ? 3~7 d'equilibrage et Le choix du ressort helico;dal reste valable pour le dispositif decrit dans la figure 3.
Dans un mode de réalisation préfére cas d'une orientation de puits à 70~, tel que representée sur la figure 1, le conduit d'admission 7 possède une longueur L pratiquement de 60 mètres et le tube intermédiaire de production 6 une longueur de 45 metres environ, la pompe ainsi qu'un reservoir de fluide possédant alors une longueur l de 15 mètres.
Le conduit de separation 8 possède quant à lui une longueur de 1 mètre.
Cependant on pourra adapter la longueur du conduit d'admission 7 dans le cas d'une orientation de puits differente, de maniere à réaliser constamment une difference de pression de quelques bars entre le niveau d'admission de la pompe 3 et le niveau des orifices 9 du conduit de séparation.
La presente invention s'applique tout particulièrement dans le cas des puits fortement devies pouvant se rapprocher sensiblement de l'horizontale. Elle trouve cependant les mêmes applications dans le cas des puits verticaux.
Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont eté specifiees dans ce qui précède ou par les details du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées a la réalisation particulière qui a éte decrite à titre d'exemple et à ses eléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des equivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons.
Selon l'invention, le dispositif d'admission comporte au voisinage de son extrémite basse un dispositif formant au moins un clapet.
5Le dispositif d'admission pourra comporter un tube et le dispositif formant au moins un clapet pourra etre placé dans l'axe dudit tube.
Le dispositif d'admission pourra comporter un tube cylindrique, le dispositif formant au moins un clapet, pourra être placé sur les parois cylindriques dudit dispositif d'admission.
Le dispositif d'admission pourra comporter un conduit d'admission entourant coaxialement le tube intermediaire de production et la pompe, le conduit d'admission etant prolonge par un conduit de séparation muni circonférentiellement d'orifices et maintenu autour de ladite colonne tubulaire par une piece de fixation.
Le tube intermediaire de production et la pompe pourront être maintenus coaxialement au conduit d'admission par des centreurs.
Le dispositif formant au moins un clapet pourra comporter un obturateur, tel une bille ou une soupape, constamment sollicite par des moyens elastiques en blocage d'une ouverture d'introduction de fluide dans le conduit d'admission.
Les moyens elastiques pourront posseder une resistance de compression à une pression minimum, ladite pression minimum correspondant à un niveau de liquide dans le conduit d'admission au-dessus de la pompe.
Le conduit d'admission et le conduit de separation pourront être maintenus dans le puits fore par des stabilisateurs.
La longueur du dispositif d'admission du fluide pourra être choisie de manière à developper une différence de pression de quelques bars entre le niveau d'admission de la pompe et le niveau des orifices d'introduction du fluide dans ledit dispositif.
La presente invention s'applique à une installation de pompage dans un puits fore comportant un dispositif de separation, comporte une zone basse dont l'orientation varie de la verticale a une _ 4 _ 2~333~7 forte inclinaison.
On decrira maintenant plus en detail une forme de realisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caracteristiques essentielles et les avantages, etant entendu toutefois que cette forme de realisation est choisie a titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexes dans lesquels :
- la figure 1 représente une coupe d'un puits fore à zone basse fortement inclinée.
- les figures 2 et 3 représentent des dispositifs de separation gaz/liquide associe à une pompe à l'extremite d'une colonne tubulaire comportant respectivement deux variantes differentes de dispositif d'obturation.
La figure 1 represente un puits fore 1 dans lequel est introduite une pompe 3 placee dans une position active au fond du puits par un conduit ou colonne tubulaire 2. Le puits fore comporte près de sa surface une zone pratiquement verticale prolongee vers le bas Par une partie déviee pour devenir, en partie basse, fortement inclinée dans une zone à forte teneur de fluide prelevable. La presente invention s'applique tout particulièrement dans le cas des puits fortement devies, mais elle conserve egalement tous ses avantages dans le cas de puits verticaux.
~ a pompe 3 fixee à l'extremite de la colonne 2 est introduite à partir de la surface et progresse dans le puits par l'adjonction de tronçons tubulaires.
On introduit ensuite interieurement au conduit un ensemble de tiges d'entrainement 30 mises bout a bout dont la rotation est commandee par une tete d'entrainement 23 reliee a un moteur 24 pouvant etre d'un type communement utilise dans les installations de pompage.
La rotation des tiges 30 amorce le dispositif de pompage 3 qui fait remonter le fluide circulant au fond du puits par la colonne tubulaire 2 pour etre evacue vers les conduites de stockage 27. Des vannes 25 regulent en surface la distribution du fluide pompé.
La pompe 3 est introduite à l'extremité de la colonne - 5 - 2~'~33~
tubulaire 2 dans un dispositif de separation 17 visant à faire remonter en surface le gaz libre en suspens dans le liquide, alors que celui-ci est aspiré vers le fond du dispositif de séparation en admission de la pompe 3.
La référence 31 désigne un dispositif d'obturation du type a clapet.
La constitution de ce dispositif de separation est clairement visible en reference a la figure 2.
L'extremite basse de la colonne tubulaire 2 au fond du puits est accolee sur sa circonference à une extremite d'un tube intermediaire de production 6. ~'autre extremite de ce tube intermediaire est reliee à la sortie du dispositif de pompage. Dans l'exemple représenté on utilise une pompe de type "MOINEAU", mais il est entendu que les avantages de la presente invention s'appliqueraient de maniere tout aussi favorable dans le cas d'une pompe à piston, d'une pompe centrifuge, ou d'une pompe à balanciers.
La pompe "MOINEAU" 3 comporte un stator 4 muni d'une enveloppe d'acier de protection tubulaire, recouvrant une partie en elastomère ou pièce active du stator realisant interieurement un engrenage helico;dal.
Un ensemble de tiges 30 mises bout à bout est dispose à
l'interieur de la colonne tubulaire 2, traverse le tube intermédiaire de production 6, et supporte un rotor 5 de manière à lui transmettre un mouvement rotatif commande en surface. Ce rotor 5 comporte sur sa surface un engrenage heLico;dal associe du stator 4.
L'ensemble pompe/tube intermédiaire de production est introduit dans un conduit d'admission 7, realise sous la forme d'un tuyau tubulaire ouvert à ses deux extremites. Une premiere extremite est prolongee par un conduit de separation 8 constitue d'une crepine tubulaire munie d'orifices 9 d'introduction du fluide a l'interieur du conduit 7.
Le conduit de separation 8 et le conduit d'admission 7 sont relies l'un à l'autre par une bague circulaire 15.
Le conduit de séparation 8 est maintenu fixe autour du ~33~o7 tube intermédiaire de production par un organe de liaison 16, cet organe comportant une zone intérieure filetee dans laquelle vient se visser l'extrémite superieure du conduit de separation 8.
Cet organe 16 assure egalement le maintien coaxial et la mise bout a bout de la colonne tubulaire 2 et du tube intermediaire de production 6.
De manière à maintenir ~a pompe 3 et le tube intermédiaire 6 coaxiaux au conduit d'admission dans son axe, on place autour de ces eléments des centreurs 10. Ces centreurs sont, par exemple du type à
lames, bien connus dans les techniques de forage des sols. D'autres types de centreurs peuvent etre aussi utilisés, par exemple des centreurs en caoutchouc. Ces centreurs ont egalement l'avantage de limiter les mouvement d'oscillation de la pompe suivant une section du puits.
On place egalement des stabilisateurs 11 du type precité
autour du conduit d'admission 7 pour placer l'ensemble dans l'axe du puits.
Selon l'invention, l'extrémite inferieure du conduit d'admission est munie d'un dispositif d'obturation 31 comportant une piece 20 realisant une fermeture dans laquelle est menage un clapet.
Ce clapet se compose d'une bille 21 constamment sollicitee en blocage d'une ouverture d'introduction 23 de fluide par des moyens elastiques, tels que, par exemple, un ressort helico;dal 22.
L'exemple decrit aux figures 1 et 2 divulgue l'utilisation d'un clapet place à l'extremite du conduit d'admission sensiblement dans l'axe de la pompe. Selon ce mode de realisation, il existe un risque d'accumulation de sediments au-dessus de l'orifice 42 qui peuvent colmater ce dernier et entraver le fonctionnement du dispositif d'obturation 31.
Le mode de realisation de la figure 3 evite ce risque. Le dispositif selon ce mode de realisation comporte un ou plusieurs clapets disposes circonferentiellement sur les parois laterales ou cylindriques de l'extremite basse du conduit d'admission, la condition requise etant d'être en dessous du niveau d'admission de la pompe.
Z~
Le système d'obturation 32 représente à la figure 3 comporte deux dispositifs d'obturation 33 et 34 positionnés sous la pompe 3 et orientés dans des directions diametrallement opposées. Les dispositifs d'obturation 33 et 34 sont superposés relativement à l'axe du conduit d'admission 7.
En utilisant deux dispositifs d'obturation on renforce la sécurité du fonctionnement du dispositif d'obturation puisqu'il suffit qu'un des deux dispositifs d'obturation fonctionne pour assurer une alimentation en fluide continue à la pompe.
Ces deux dispositifs d'obturation etant identiques un seul sera decrit.
Le dispositif d'obturation 33 comporte un obturateur 35 ayant une surface d'appui conique 36 qui coopère avec un siège conique 37 solidaire du conduit d'admission à son extrémite inferieure.
L'obturateur 35 est guide par une tige cylindrique 38 qui coopère avec un logement cylindrique 39 porté également par le conduit d'admission 7.
,~
Des moyens de rappel 40 tels un ressort helico1dal entourant la tige 38 applique l'obturateur 35 sur son siege 37.
L'orientation des surfaces coniques de l'obturateur 35 et du siège 37 est telle que le dispositif d'obturation empêche l'écoulement d'un fluide provenant de l'interieur du conduit d'admission 7 et allant vers l'espace annulaire 41 defini par les parois du puits et la surface externe du conduit d'admission 7.
Le principe de separation du gaz libre du liquide est réalisé de la manière suivante en se référant à la figure 2.
Le melange gaz/liquide remonte dans le puits et rencontre le dispositif d'obturation qui maintient la bille en blocage de l'ouverture 23. Le melange progresse latéralement autour du conduit d'admission 7 jusqu'au conduit de separation 8. L'ensemble de pompage a ete descendu dans le puits de manière a ce que le niveau dynamique du melange (représentee par la ligne A sur la figure 1) se trouve sensiblement au dessus du conduit de separation.
Les orifices disposés regulierement autour du conduit de 2~? ~3~j~
séparation 8 permettent l'introduction du fluide dans le conduit d'admission. Lorsque le fluide est entraine au fond du conduit d'admission, un phenomène de degazage se produit au niveau de la surface de melange; le gaz s'échappant vers la surface par le puits et le fluide retombant dans le conduit d'admission.
Cependant des problèmes se développent si le niveau dynamique descend au-dessous d'une position limite (représentée en A
sur la figure 2) où les orifices d'admission 9 du conduit de separation. En effet, si le niveau est moins eleve, (comme par exemple le niveau représenté par la ligne B), il n'y aura plus d'introduction de fluide dans le conduit d'admission qui se videra progressivement, jusqu'à un stade où la pompe n'aspirera plus de fluide et donc fonctionnera à sec.
Dans le cas d'une descente du niveau dynamique en dessus des orifices 9, le niveau se stabilise dans le puits alors que l'action de pompage fait baisser rapidement le niveau à L'interieur du conduit créant une difference de niveau d. Cette difference de niveau génère une différence de pression qui vient compenser l'effet du ressort contre la bille d'obturation 23.
Cette difference de pression implique une force contre la bille qui s'ecarte de son siège et permet l'entrée du melange fluide/gaz directement par l'extremite basse de l'ensembLe. La pompe est donc aLors constamment aLimentee en fLuide. IL ne reste pLus aLors ensuite qu'a operer sur Les conduits de fonctionnement, ou reduire La vitesse de rotation et donc le débit de La pompe pour favoriser un reLèvement du niveau dynamique à La hauteur du conduit de séparation 8. Les pressions s'equiLibrent aLors entre L'extérieur et L'intérieur du conduit d'admission 7, la bilLe revient en appui sur son assise pour bLoquer L'ouverture et Le phenomène de separation peut à nouveau s'opérer.
Ce processus d'equiLibrage des pressions s'effectue egaLement Lorsqu'on descend initialement l'ensemble et que le conduit d'admission 7 est vide de tout fluide. Dans cet etat la pompe ne fonctionne pas encore et lorsque l'équilibrage des pressions est 2~3~7 _ 9 _ realisé, on commande la mise en service de la pompe.
Le choix du ressort hélico;dal sera donc effectue de manière à ce que l'ouverture du clapet soit réalisee lorsque le niveau du fluide dans le conduit d'admission 7 se trouvera à mi-niveau entre la pompe et le conduit de séparation (representé par la ligne C).
Dans le cas où le dispositif est equipé de la variante du dispositif d'obturation représentée sur la figure 3, le principe de séparation du gaz libre du liquide est identique au principe décrit ci-dessus pour la figure 2 à la var;ante pres du fonctionnement du dispositif d'obturation, dont les principales étapes sont donnees ci-après.
Dans le cas d'une descente du niveau dynamique en dessous des orifices 9, le niveau se stabilise dans le puits alors que l'action de pompage fait baisser rapidement le niveau a l'intérieur du conduit créant une difference de niveau d. Cette différence de niveau génère une différence de pression qui vient compenser l'effet des moyens de rappel 40 contre l'obturateur 35.
Cette difference de pression implique une force contre l'obturateur 35, qu; s'écarte de son siège 37 et permet l'entrée du mélange fluide/gaz directement par l'extremite basse de l'ensemble. La pompe est donc alors constamment alimentée en fluide.
Il suffit qu'un seul des dispositifs d'obturation fonctionne, les dispositifs pouvant fonctionner seuls ou simultanément.
25Il ne reste plus alors ensuite qu'a opérer sur les conduits de fonctionnement, ou reduire la vitesse de rotation et donc le debit de la pompe pour favoriser un relèvement du niveau dynamique à la hauteur du conduit de separation 8. Les pressions s'équilibrent alors entre l'extérieur et l'intérieur du conduit d'admission 7, 30l'obturateur 5 revient en appui sur son siège 37 pour bloquer l'ouverture et le phenomène de séparation peut à nouveau s'operer.
Tout ce qui a eté dit precedemment pour le dispositif d'obturation decrit dans la figure 2 en ce qui concerne le processus ~ ~ ? ? 3~7 d'equilibrage et Le choix du ressort helico;dal reste valable pour le dispositif decrit dans la figure 3.
Dans un mode de réalisation préfére cas d'une orientation de puits à 70~, tel que representée sur la figure 1, le conduit d'admission 7 possède une longueur L pratiquement de 60 mètres et le tube intermédiaire de production 6 une longueur de 45 metres environ, la pompe ainsi qu'un reservoir de fluide possédant alors une longueur l de 15 mètres.
Le conduit de separation 8 possède quant à lui une longueur de 1 mètre.
Cependant on pourra adapter la longueur du conduit d'admission 7 dans le cas d'une orientation de puits differente, de maniere à réaliser constamment une difference de pression de quelques bars entre le niveau d'admission de la pompe 3 et le niveau des orifices 9 du conduit de séparation.
La presente invention s'applique tout particulièrement dans le cas des puits fortement devies pouvant se rapprocher sensiblement de l'horizontale. Elle trouve cependant les mêmes applications dans le cas des puits verticaux.
Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont eté specifiees dans ce qui précède ou par les details du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées a la réalisation particulière qui a éte decrite à titre d'exemple et à ses eléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des equivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons.
Claims (10)
1. - Dispositif de séparation d'un mélange de gaz libre et de liquide à l'admission d'une pompe reliée à une extrémité basse d'une colonne tubulaire au fond d'un puits foré, la pompe étant reliée à la colonne tubulaire par un tube intermédiaire de production et étant introduite dans un dispositif d'admission de fluide dont une extrémité basse est obturée et une extrémité haute comporte des orifices d'introduction de fluide, ladite pompe étant placée à
l'intérieur dudit dispositif d'admission, à proximité de son extrémité
basse, caractérisé en ce que ledit dispositif d'admission comporte au voisinage de son extrémité basse un dispositif formant au moins un clapet.
l'intérieur dudit dispositif d'admission, à proximité de son extrémité
basse, caractérisé en ce que ledit dispositif d'admission comporte au voisinage de son extrémité basse un dispositif formant au moins un clapet.
2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'admission comporte un tube et en ce que ledit dispositif formant au moins un clapet est placé dans l'axe dudit tube.
3. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'admission comporte un tube cylindrique, ledit dispositif formant au moins un clapet, est placé sur les parois cylindriques dudit dispositif d'admission.
4. - Dispositif de séparation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif d'admission comporte un conduit d'admission entourant coaxialement le tube intermédiaire de production et la pompe, ledit conduit d'admission étant prolongé par un conduit de séparation muni circonfèrentiellement d'orifices et maintenu autour de ladite colonne tubulaire par une pièce de fixation.
5. - Dispositif de séparation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube intermédiaire de production et la pompe sont maintenus coaxialement au conduit d'admission par des centreurs.
6. - Dispositif de séparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif formant au moins un clapet comporte un obturateur, tel une bille ou une soupape, constamment sollicité par des moyens élastiques en blocage d'une ouverture d'introduction de fluide dans le conduit d'admission.
7. - Dispositif de séparation selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens élastiques possèdent une résistance de compression à une pression minimum, ladite pression minimum correspondant à un niveau de liquide dans le conduit d'admission au-dessus de la pompe.
8. - Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conduit d'admission et le conduit de séparation sont maintenus dans le puits foré par des stabilisateurs.
9. - Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur du dispositif d'admission du fluide est choisie de manière à développer une différence de pression de quelques bars entre le niveau d'admission de la pompe et le niveau des orifices d'introduction du fluide dans ledit dispositif.
10. - Installation de pompage dans un puits foré
comportant un dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit puits comporte une zone basse dont l'orientation varie de la verticale à une forte inclinaison.
comportant un dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit puits comporte une zone basse dont l'orientation varie de la verticale à une forte inclinaison.
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