CA2163711C

CA2163711C - Methode et systeme de pompage comportant une pompe volumetrique entrainee par un tube continu - application aux puits devies

Info

Publication number: CA2163711C
Application number: CA002163711A
Authority: CA
Inventors: Henri Cholet
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2004-04-13
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: US5667369A; CA2163711A1; FR2727475B1; FR2727475A1

Abstract

La présente invention concerne un système de pompage d'un effluent produit p ar une formation géologique, dans lequel une pompe rotative est installée et entraînée en rotation par un tube continu remontant jusqu'en surface. Le tube permet l'injection d'un fluide, par exemple fluidifiant ou lubrifiant. La présente invention concerne également une méthode de pompage dans laquelle le rotor de la pompe est mis en place à l'aide d'un tube continu, du type "coil tubing".

Description

MÉTHODE ET SYSTÉME DE POMPAGE COMPORTANT UNE POMPE
VOLUMéTRIQUE ENTRA¿NÉE PAR UN TUBE CONTINU - APPLICATION
AUX PUITS DÉVIÉS
La préserate ~.nver.~2~i.orr c".;onc~e:~rne:~ ur°ne méthode et un système de production G.~ ° rvvy~~~rç:m°;ax,brarc-~ par pompage, particulièrement. adaptés à c~.e~~ ~~iserrrf.:~.ts c:z'hu::i_le v_:.squeuse.
On corzna.'ï:t _1e do~~;utx~e~r~t' liF~w_ 2E~:!~2~320 quï c~ëcrït un dispositif de p<~mpage pour Les f~:lLri.des visqueux comportant l' injection d' un produït ~:luï~.i ~:i.arnt en amont de l'aspiration de la pompe, au iu.~rea~ des orifices de séparation entre 1 ' huile et. le gaz , ~"e dispositif présente notamment l' inconv,rênierm:: de. rréc::essiter une coopération supplémentaire por.rr la rraise en pla~L~e d' une conduite spéciale pour l'injection du produit. f7e plus, la pompe doit avoïr la capa<~ité d°opéx°er le ~éb:it: d'huile produite par la formation majoré du dêbit du ~?roduit fl~.zidifiant inj ectê .
Ainsi, la présentEa invention concerne une. méthode de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une formation géologique, dans laquelle cLe~ moyens de pompage comportant un roto:r° et. un stat:or.. sont: placés à 1a partie basse d'une colonne immergée dans ledit <__=f_fluent, caractérisée en ce ~~~u' e=ï_le c;ompc>rt.e Les ~ât:.apes suivantes - sur urw extrérni_të u' ~..xrt t.ubEx sont i.nu Enroulé
smr un tambour,, on fixe :Ladi.t: x:~~st:c~,r, - on des~~end ledi t:.. r ::~t~:~r dan.s l' espace :i.ntérieur de ladite colonnes t=n déaroul.ant: le:c~it. t-~,.rbr: ~~u tarr~bour, - on plan:~e l.ed;zt ~_ ~~tkc~x::w ~~t.ir r~.a 7. E ;~t~.ator, e - on ent»~aîr'~e. err x:w~t:Çrt,.~_~:ai.°~ :LecCit: tube de façon â
ac.t:iver la pompe .

2 Selon un mode de rëalisatioru préférent~.ielle de 1 ' invention, la méthode ~.~orrrpxv~~ud ux~~~ ~wtt,~pe= ~aû 1 "on f ixe des moyens de diffusi.oio. entra 1;'.°. t:°wt-~or Fv~t. ïc~:d:i.t~
t~.zbe cc:mti.nu.
On peut régler i..a po~7itïon du t.~~be par rapport à
ladite colonne en agissant. sur des moyeras de i_iaison du tube.
On peut ..n j ect.er ~.irl f:Luide par led:it~ tube .

Au moins une ~>axv: i~; d~:r a_ ' F:::f E:l_trEarnt, pe2.it: remonter par le canal int:r~.eur c~im t~_z~:aex .

Les moyens de pompante peuvent tre descendus dans le puits par deux tubes cor~centr iques e nrouls sux~ un mme tambour, lesdits tubes c<~.rrcent:x~iques constituant ladite colonne et ledit. tube c:oratir~~a .

L' invention cc~nce:r~ne auss:_ sarz ;ystme ciE., pompage d'un effluent produit ~>a:~~ t,~xr ,~;~uit,..sdans une formation for gologique, dans lequel des moyens de pompage comportant un rotor et un stator sont:. places la partie basse d'une colonne immerge dans l.ed:i t ef f luesut caractris en ce , qu' il comporte un tube contirm:~ acir:~p~~:~~t:rwe ~=n:rou::l.
sur un tambour, ledit tube tant dr~zm:1 ' e:5r.:a~~c:ei.r~tr:ieur n:~.e ladite colonne et sol.id.aize di.a. rotc~x..

Selon un mode de ralisai-.:c..on prfrentielle, le systme selon l'invention comprend des moyens de diffusion fixs l'extrmit dudit :ube, les n yaverls de cffusion tant di.~poss entzk, 1e x:otc:~xw ~,~t:. ,ube .
:l.~.ciit r~

La pr~~ser~te i.nventis.~lu ~~r~_:~e~ ~~~:~.ss,i une rrc?thode de pompage d'un effluent pz~odw:i_~: par ~aan ~;uit, s for dans une formation gologiqi.ze, dans ~.aq.zelle des mayens de pompage comportant un rotor et. un. stator sont. placs 7.a partie basse d' une colonne imv:n~c~rge dans ledt ~:ffluent, c,~ractrse en ce qu' elle cu<>~~p~~~rt.e tr~tapes s~..~ivantes 1.~-~ , c - sur urne extrémité ~' un t2abe continu enroulé
sur un tambour, oru f~_xe dE~~7 t~u:c;~yerm, c:3e diffus i.orj et. ledit rotor, _. on descend le sdit:s r~n0.yen,-; de diffusion et ledit rotor dans _'~' espace intérieur de. ladite cc.flonne en déroulant ledit tube du tambo-c.tr, - on place l.edï~: :~:wtc,x~ dans le stàtor, et lesdits moyens de diffusion êtax~t s~.r~.zé s dans le Joisinage du refoulement de 1.a pompe, cet, - on entraîne en rotatiotu l.ec~it, tube de façon â
activer la pompe.
La présente invention concerne aussi ~~ane applica-tion de la. mét~°~ode et ~.u ;:~yst:~:me <~ ces pt~it:s t_orterr~ent déviés.
D' autres c:aractér:i.;~~:~.dues et avantager d~.;z systême selon l' invention apparaitront:, mieux à 1.a lectu:cve de la description ci-aprës de m.c>c:xe.~c~e.. nêali.satïor~ décrite â
titre d'exemples nc~n limitatifs, en se référant aux dessins annexês oü:
- la figure 1 reprsente schmatiquement un systme de pompage selo n. l'.:i_xvv~entic~,rrx, - la figure 2 reprsente une pompe volumtrique quipe d' un systme de d.f i:u.:m:ic::;ri, - la figure 3 ~repz:sente une variante du systme de pompage comprenaz~t~ rn sy;t:me~ r~~~ r~wc~a~~ac~e, ~~

- les figure s ~A et. 4B il.l.ustrent une mf~thode et une variante de m~_sf_: plac~E.-~ d~z v~sr_v~=TCIf~ ciE~ pompagE~, erg - la figure 5 montre une ralisation des moyens de surface permettant. L'emt;r<~.i:tzfemer7t:. er:c x~otatirm du tube, l' injection du fluide dans Lia t:u~:.~e e.: le retour de la p:r_ oduct ion .

d: ~:,;, Sur la figure 1., an puits .~ atteint une formation géologique produc t;r~.c:~~= c:1' ~.~.n. f-~f f 1.~::ezut. contenant des hydrocarbures . i.~a pression rëgnar~t dans; ~ a farma.t.ion est trop faible pour crue L' ef I ~.z:ïeaz°zt ~ï.:~:;.;.~s~-:~ z-erncmter jusqu' en surf ace . La format ~..on pnoduc~t~ 2.~~..~;~e ~>_~~t: di t ce non érlsptvve . Le schéma de production nécessitais donc ~a ïn:~.;~e c~n oev,zvre d' un systëme de pompage de 1'Eff::.i_zc~.rvl:.
Par ef:fl>aent, il faut comprendre l'ensemble des fluides présents dans le:~ ~.~ui~t;:~:; i.. Dans 1e cas oû
l'hydrocarbure, contenu dans ladite formation, est visqueux, on peut injecter de la ~~ç.~.peï..a.r d'eau, cru autres fluides, pour fluidifier l'hydrocark;ure afin de favoriser son écoulement. Lo:>v°sque l':iznjö~ct.-.:ic~ru ~~~~~ ï':luide f:Lr.zidifiant se trouve en amont de l'admissian de la pompe, l'effluent à
dë lacer P - _._. -__.e.__..._.._._..._.....W.__.._.._._.._....______.~._~..____ ~1~~'~1~
'' 3 par pompage est en quantité assez importante, relativement au volume d'hydrocarbure produit par la formation. Ce grand volume d'effluent impose alors une capacité de pompage supérieure à celle qui serait nécessaire pour traiter le volume de l'hydrocarbure seul. I1 est donc préférable d'injecter le fluide fluidifiant en aval du refoulement de la pompe afin que la fluidification abaisse les pertes de charge de circulation de l'effluent dans le conduit de production remontant jusqu'à la surface, sans avoir à augmenter la capacité de pompage de la pompe. Dans la plupart des puits en pompage, ce sont les pertes de charge en aval de la pompe qui sont pénalisantes pour la détermination des conditions de pompage.
Le puits 1 est équipé d'une de colonne tubulaire 2, dont l'extrémité
inférieure plonge dans l'effluent. L'espace annulaire, défini entre le puits I et l'extérieur de la colonne 2, peut être obturé
ou non par un système d'étanchéité du type packer (non représenté ici). La colonne 2, en général dénommée "colonne de production", a pour rôle principal de canaliser la production du fond vers la surface du sol par le moyen de son conduit intérieur.
Un système de pompage 3 est positionné sensiblement à l'extrémité de la colonne 2 par le moyen d'un siège ou raccord 4. Le raccord 4 a au moins pour fonction de fixer longitudinalement et en rotation le stator de la pompe 6 par rapport à la colonne 2. De préférence, ce raccord 4 est étanche entre le corps de la pompe 6 et la colonne 2. Une ouverture 5 permet l'admission de l'effluent dans le corps de la pompe 6.
Une ouverture 7 permet la sortie de l'effluent refoulé dans l'espace intérieur 8 de la colonne 2. Les flèches 9, 10 et 11 indiquent le trajet de l'effluent.
Un tube continu 12 est lié au rotor du corps de la pompe par son extrémité
inférieure, l'extrémité supérieure située à la surface du sol coopère avec des moyens 14 qui sont détaillés sur la figure 5.
Le système de pompage 3 est préférentiellement mis en place sur le siège ou raccord 4 à la surface du sol, avant la descente de la colonne 2 dans le puits 1. La remontée du système s'effectuant par une opération inverse.
L'espace intérieur du tube 12 permet l'injection d'un fluide suivant le trajet des flèches I5.
L'entraînement en rotation du tube 12 provoque la rotation du rotor (non représenté sur cette figure) du corps de la pompe 6.
Le fait que le tube 12 intérieur à la colonne 2 est continu, c'est à dire sans raccord intermédiaire, procure plusieurs avantages, notamment - les pertes de charge du fluide en circulation dans l'espace annulaire 8 ne sont pas majorées par la présence d'un nombre important de rétrécissement de la section dû aux raccords des tiges de pompage ou des tubings conventionnellement utilisés pour cet usage, - lorsque le tube 12 est mis en rotation, il se déforme élastiquement en torsion; à l'arrêt de la rotation, ou dans le cas de diminution importante du couple résistant, le tube tend à reprendre sa position de repos en effectuant une rotation en sens inverse. Dans le cas connu où le rotor de la r ~16~'~1 pompe est entraîné par une garniture de tubes ou de tiges vissés, ceux-ci peuvent se dévisser partiellement ou totalement. Ce problème est bien connu dans la profession et est devenu très gênant surtout dans le cas de pompage dans des puits fortement déviés ou présentant des frottements important de la garniture rotative dans la colonne de production.
L'utilisation d'un tube continu comme dans la présente invention résout ce problème.
- la manutention du rotor se fait rapidement sans avoir à visser des longueurs de tubes ou tiges bout à bout.
- le tube continu permet l'injection d'un fluide au dessus du rotor, - dans le cas où on n'injecte pas de fluide par le canal du tube continu, son espace intérieur peut être utilisé pour la remontée de l'effluent refoulé par la pompe en supplément de l'espace annulaire 8. Les pertes de charge sont ainsi diminuées.
La figure 2 montre le système de pompage 3 fixé au bout de la colonne 2 et centré dans le puits 1 par des centreurs 31. Le tube continu 12 comporte à son extrémité des moyens de diffusion 23 intercalés entre le tube continu 12 et le rotor 24. Les moyens de diffusion 23 comportent une série d'orifices 25 par lesquels diffuse le fluide injecté par le moyen du canal intérieur 26 du tube 12. A la partie inférieure du stator 27, l'effluent produit par la formation pénètre dans l'admission de la pompe par des orifices 30 en communication avec le conduit d'admission 29 en prolongation avec le corps de pompe.
La figure 3 montre une variante de réalisation du système de pompage selon l'invention.
La colonne 2 comporte un raccord 20 vissé au-dessus d'un dispositif d'admission 21 de l'effluent, le dispositif pouvant être un séparateur statique liquide/gaz, par exemple celui décrit dans le brevet FR-2656652. Dans le cas de présence de gaz libre dans l'effluent, l'espace annulaire entre la colonne 2 et le puits 1 est utilisé pour canaliser le gaz 22 jusqu'en surface.
Le tube 12 comporte à son extrémité des moyens de diffusion 23 intercalés entre le tube continu 12 et le rotor 24. Les moyens de diffusion 23 comportent une série d'orifices 25 par lesquels diffuse le fluide injecté par le moyen du canal intérieur 26 du tube 12. A la partie inférieure du stator 27, l'effluent produit pénètre dans l'admission de la pompe par des orifices 28 situés à la base du système de séparation 21.
Les figures 4A et 4B montrent une méthode et une variante de mise en place du système de production selon l'invention.
La figure 4A montre un système de pompage 3 descendu dans un puits 1 au bout d'une colonne 2. La colonne 2 est accrochée en surface sur des moyens de tête de puits 35 par des suspensions 36. La colonne 2 est ici préférentiellement constituée par des éléments tubulaires ~16371~
assemblés par vissage, par exemple des tubes dits "tubing" selon les normes de l'American Petroleum Institute".
Le tube continu 12 du type "coil tubing" est enroulé sur le tambour 33 d'un touret 32. Des moyens de manutention 34, du type à chaînes, permet l'injection du tube 12 dans l'espace intérieur de la colonne 2 ou son retrait. A l'extrémité du tube continu 12, on a fixé
des moyens de diffusion d'un produit pouvant être injecté par le canal du tube 12. Le rotor de la pompe est fixé au bout de ces moyens de diffusion.
La descente du rotor se fait d'une manière continue par le déroulement du tube à partir du tambour 33 et sous l'action des moyens de manutention 34. Une fois le rotor 24 introduit dans le stator de la pompe 3, le tube 12 est coupé de façon à que son extrémité
supérieure émerge de la tête de puits. Des installations de suspension, de motorisation et d'injection sont disposées sur l'extrémité du tube 12, par exemple selon la figure 5 Le tube continu peut être un "coil tubing" de dimension nominale 1 1/2" (3,81 cm de diamètre extérieur). Un tel tube a une résistance à la torsion au moins éqülvalente au couple de vissage des tiges de pompage conventionnelles (1 1/8" sucker rod) et supérieure au couple de vissage de tubings de dimension nominale 1.66" selon la norme API.
La variante illustrée par la figure 4B montre que le système de pompage 3 est descendu dans le puits 1 par un ensemble de deux "coil tubing" concentriques constituant la colonne 2 et le tube 12. La système de pompage 3 est fixé sur le tube continu extérieur 2, et le rotor sur le tube continu intérieur 12. La descente du système de pompage se fait d'une manière continue par le déroulement du tube à partir du tambour 37 et sous l'action des moyens de manutention 38.
Lorsque le système de pompage est positionné à la profondeur déterminée, le tube 2 est suspendu et fixé sur la tête de puits 35, puis le tube 12 est coupé de façon à que son extrémité supérieure émerge de la tête de puits. Des installations de suspension, de motorisation et d'injection sont disposées sur l'extrémité du tube 12, par exemple selon la figure 5.
La figure 5 montre les installations de surface qui coiffent le puits 1.
L'élément de base de la tête de puits 35 est fixé sur la colonne de surface du puits 1. La colonne 2 est suspendue dans l'élément de base par des coins ou tout autre système équivalent connu dans la profession. La vanne 39 communique avec l'annulaire défini par l'extérieur de la colonne 2 et le puits 1.
L'élément 40 assemblé sur l'élément de base, comporte un passage central en communication avec l'espace intérieur de la colonne 2. Le tube 12 se trouve dans ledit passage central. L'élément 40 comporte des moyens 41 d'étanchéité entre le tube 12 et ledit passage, de façon à ce yue l'effluent ~16~'~11 qui remonte du fond du puits par l'espace annulaire entre la colonne 2 et l'extérieur du tube 12 soit canalisé vers la conduite 48 sur laquelle est fixée la vanne 47 de sécurité.
Les moyens d'étanchéité
41 sont du type presse-étoupe sur un élément tournant. Une butée rotative 42 sur laquelle s'appuie un épaulement 49 solidaire du tube 12, supporte (e poids du tube entraîné en rotation par des moyens mécaniques 43 et un moteur 44. Un raccord tournant 45 est fixé sur l'extrémité du tube 12 de façon à permettre l'injection d'un fluide dans le tube 12 par la conduite 46 qui communique avec des moyens d'injection (non représentés).
Pour permettre le réglage en position longitudinale du tube 12 par rapport à
la position du stator de la pompe, l'épaulement 49 peut être constitué par un collier en deux parties serré autour du tube.
La présente invention concerne également le cas où l'injection du produit fluidifiant en aval de la pompe peut être intermittente ou même supprimée. Dans ce cas, l'effluent refoulé pourra remonter également dans le tube 12, les conduites 46 et 48 seront alors en jonction.
La présente invention concerne également un tube continu 12, éventuellement une colonne continue 2, en matériau composite, par exemple en fibres de renfort enrobées dans une matrice en résine.

Claims

1. Méthode de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une formation géologique, dans laquelle des moyens de pompage comportant un rotor et un stator sont placés à la partie basse d'une colonne immergée dans ledit effluent, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes:
- sur une extrémité d'un tube continu enroulé
sur un tambour, on fixe ledit rotor, - on descend ledit rotor dans ladite colonne en déroulant ledit tube du tambour, - on place ledit rotor dans le stator, et - on entraîne en rotation ledit tube de façon à
activer les moyens de pompage.

2. Méthode selon la revendication 1, caracté-risée en ce que l'on fixe des moyens de diffusion entre le rotor et ledit tube continu.

3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'on règle la position du tube par rapport à ladite colonne en agissant sur des moyens de liaison du tube.

4. Méthode selon l'une quelconque des revendi-cations 1 à 3, caractérisée en ce que l'on injecte un fluide par ledit tube.

5. Méthode selon l'une quelconque des revendi-cations 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins une partie de l'effluent remonte par un canal intérieur du tube.

6. Méthode selon l'une quelconque des revendi-cations 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de pompage sont descendus dans le puits par deux tubes concentriques enroulés sur un même tambour, lesdits tubes concentriques constituant ladite colonne et ledit tube continu.

7. Système de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une formation géologique, dans lequel des moyens de pompage comportant un rotor et un stator sont placés à la partie basse d'une colonne immergée dans ledit effluent, caractérisé en ce qu'il comporte:
- un tube continu adapté à être enroulé sur un tambour, ledit tube étant dans un espace intérieur de ladite colonne et solidaire du rotor; et - des moyens d'entraînement en rotation du tube de façon à activer les moyens de pompage.

8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de diffusion fixés à l'extrémité dudit tube, les moyens de diffusion étant disposés entre le rotor et ledit tube.

9. Système selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte à la surface, des moyens de réglage de la longueur du tube continu par rapport à
ladite colonne.

10. Système selon la revendication 8, caracté-risé en ce que les moyens de diffusion sont situés en aval du refoulement de la pompe.

11. Système selon l'une quelconque des revendi-cations 7 à 10, caractérisé en ce que ladite colonne est une colonne continue adaptée à être enroulé sur un tambour.

12. Méthode de pompage d'un effluent produit par un puits foré dans une formation géologique, dans laquelle des moyens de pompage comportant un rotor et un stator sont placés à la partie basse d'une colonne immergée dans ledit effluent, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes:
- sur une extrémité d'un tube continu enroulé
sur un tambour, on fixe des moyens de diffusion et ledit rotor, - on descend lesdits moyens de diffusion et ledit rotor dans ladite colonne en déroulant ledit tube du tambour, - on place ledit rotor dans le stator, et lesdits moyens de diffusion étant situés dans le voisinage du refoulement de la pompe, et - on entraîne en rotation ledit tube de façon à
activer la pompe.

13. Application de la méthode et du système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 à des puits déviés.