EP0435716B1 - Dispositif de séparation d'un mélange de gaz libre et de liquide à l'admission d'une pompe au fond d'un puits foré - Google Patents

Dispositif de séparation d'un mélange de gaz libre et de liquide à l'admission d'une pompe au fond d'un puits foré Download PDF

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EP0435716B1
EP0435716B1 EP90403476A EP90403476A EP0435716B1 EP 0435716 B1 EP0435716 B1 EP 0435716B1 EP 90403476 A EP90403476 A EP 90403476A EP 90403476 A EP90403476 A EP 90403476A EP 0435716 B1 EP0435716 B1 EP 0435716B1
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EP
European Patent Office
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pump
separation
intake
accordance
fluid
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EP90403476A
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Henri Cholet
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/34—Arrangements for separating materials produced by the well
    • E21B43/38—Arrangements for separating materials produced by the well in the well
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids

Definitions

  • the present invention relates to a device for separating a mixture of gas and liquid, this mixture possibly being constituted by hydrocarbons, at the intake of a pump connected to a lower end of a tubular column at the bottom of a drilled well.
  • Hydrocarbon production installations use, after the installation of wells drilled towards the reservoir of the geological formation, pumping systems intended to bring the oil up to the surface.
  • a tubular column serving as a conduit for producing the hydrocarbons is lowered into the drilled well, at the end of which is a pump.
  • the pumps used can be of different types: piston pumps, centrifugal pumps, hydraulic pumps, balance pumps, rotary positive displacement pumps (commercially called “MOINEAU pump”).
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by avoiding in a simple and practical manner the dry operation of the pumps.
  • the present invention relates to a device for separating a mixture of free gas and liquid at the intake of a pump connected to a lower end of a tubular column at the bottom of a drilled well, the pump being connected to the tubular column by an intermediate production tube and being introduced into a device fluid inlet with one lower end closed off, said lower end comprising at least one valve and one upper end comprising fluid introduction orifices, said pump being placed inside said intake device, near its lower end.
  • the intake device comprises a cylindrical tube and that the device forming at least one valve (21, 22) is placed on the cylindrical walls of said intake device.
  • the intake device may comprise an intake duct coaxially surrounding the intermediate production tube and the pump, the intake duct being extended by a separation duct provided circumferentially with orifices and held around said tubular column by a piece of fixation.
  • the intermediate production tube and the pump can be kept coaxial with the intake duct by centralizers.
  • the device forming at least one valve may comprise a shutter, such as a ball or a valve, constantly urged by elastic means in blocking of an opening for introducing fluid into the intake duct.
  • the elastic means may have a compression resistance at a minimum pressure, said minimum pressure corresponding to a level of liquid in the intake duct above the pump.
  • the intake duct and the separation duct can be held in the well drilled by stabilizers.
  • the length of the fluid intake device may be chosen so as to develop a pressure difference of a few bars between the intake level of the pump and the level of the orifices for introducing the fluid into said device.
  • the present invention applies to a pumping installation in a drilled well comprising a separation device, has a low zone whose orientation varies from vertical to a steep inclination.
  • FIG. 1 represents a drilled well 1 into which is introduced a pump 3 placed in an active position at the bottom of the well by a tubular conduit or column 2.
  • the drilled well comprises near its surface a practically vertical zone extended downwards by a part deflected to become, at the bottom, strongly inclined in an area with a high content of withdrawable fluid.
  • the present invention applies very particularly in the case of highly deviated wells, but it also retains all of its advantages in the case of vertical wells.
  • the pump 3 fixed at the end of the column 2 is introduced from the surface and progresses into the well by the addition of tubular sections.
  • a set of drive rods 30 placed end to end whose rotation is controlled by a drive head 23 connected to a motor 24 which may be of a type commonly used in pumping installations.
  • the rotation of the rods 30 initiates the pumping device 3 which brings up the fluid circulating at the bottom of the well by the tubular column 2 to be evacuated towards the storage pipes 27.
  • Valves 25 regulate the distribution of the pumped fluid on the surface.
  • Pump 3 is introduced at the end of the column tubular 2 in a separation device 17 aimed at bringing the free gas suspended in the liquid to the surface, while the latter is sucked towards the bottom of the separation device at the inlet of the pump 3.
  • the reference 31 designates a shutter device of the valve type.
  • the lower end of the tubular column 2 at the bottom of the well is attached around its circumference to one end of an intermediate production tube 6.
  • the other end of this intermediate tube is connected to the outlet of the pumping device.
  • a "MOINEAU" type pump is used, but it is understood that the advantages of the present invention would apply equally favorably in the case of a piston pump, a centrifugal pump, or a pendulum pump.
  • the "MOINEAU” pump 3 comprises a stator 4 provided with a tubular protective steel casing, covering an elastomer part or active part of the stator internally producing a helical gear.
  • a set of rods 30 placed end to end is disposed inside the tubular column 2, passes through the intermediate production tube 6, and supports a rotor 5 so as to transmit to it a rotary movement controlled at the surface.
  • This rotor 5 has on its surface a helical gear associated with the stator 4.
  • the pump / intermediate production tube assembly is introduced into an intake duct 7, produced in the form of a tubular pipe open at its two ends.
  • a first end is extended by a separation conduit 8 consisting of a tubular strainer provided with orifices 9 for introducing the fluid inside the conduit 7.
  • the separation duct 8 and the intake duct 7 are connected to each other by a circular ring 15.
  • the separation duct 8 is kept fixed around the intermediate production tube by a connecting member 16, this member comprising a threaded interior zone into which the upper end of the separation duct 8 is screwed.
  • This member 16 also ensures coaxial maintenance and end-to-end positioning of the tubular column 2 and of the intermediate production tube 6.
  • centering devices 10 are placed around these elements. These centering devices are, for example of the blade type, well known in drilling techniques soils. Other types of centralizers can also be used, for example rubber centralizers. These centralizers also have the advantage of limiting the oscillation movement of the pump along a section of the well.
  • Stabilizers 11 of the aforementioned type are also placed around the intake duct 7 to place the assembly in the axis of the well.
  • the lower end of the intake duct is provided with a closure device 31 comprising a part 20 providing a closure in which a valve is formed.
  • This valve consists of a ball 21 constantly urged to block an opening for introducing fluid 23 by elastic means, such as, for example, a helical spring 22.
  • the embodiment of Figure 3 avoids this risk.
  • the device according to this embodiment comprises one or more valves arranged circumferentially on the lateral or cylindrical walls of the lower end of the intake duct, the requisite being to be below the intake level of the pump.
  • the shutter system 32 shown in FIG. 3 comprises two shutter devices 33 and 34 positioned under the pump 3 and oriented in diametrically opposite directions.
  • the closure devices 33 and 34 are superimposed relative to the axis of the intake duct 7.
  • the operational safety of the obturation device is reinforced, since it suffices that one of the two obturation devices operates to ensure a continuous supply of fluid to the pump.
  • the shutter device 33 comprises a shutter 35 having a conical bearing surface 36 which cooperates with a conical seat 37 secured to the intake duct at its lower end.
  • the shutter 35 is guided by a cylindrical rod 38 which cooperates with a cylindrical housing 39 also carried by the intake duct 7.
  • Return means 40 such as a helical spring surrounding the rod 38, applies the shutter 35 to its seat 37.
  • the orientation of the conical surfaces of the shutter 35 and of the seat 37 is such that the shutter device prevents the flow of a fluid coming from inside the intake duct 7 and going towards the annular space 41 defined by the walls of the well and the external surface of the intake duct 7.
  • the gas / liquid mixture rises in the well and meets the closure device which keeps the ball in blocking of the opening 23.
  • the mixture progresses laterally around the intake duct 7 to the separation duct 8.
  • the assembly pumping device has been lowered into the well, so that the dynamic level of the mixture (represented by line A in FIG. 1) is substantially above the separation pipe.
  • the orifices regularly arranged around the duct of separation 8 allow the introduction of the fluid into the intake duct.
  • a degassing phenomenon occurs at the level of the mixing surface; the gas escaping to the surface through the well and the fluid falling back into the intake duct.
  • This pressure difference implies a force against the ball which moves away from its seat and allows the entry of the fluid / gas mixture directly through the lower end of the assembly.
  • the pump is therefore constantly supplied with fluid. It then only remains to operate on the operating conduits, or reduce the speed of rotation and therefore the flow rate of the pump to promote an increase in the dynamic level at the height of the separation conduit 8.
  • the pressures balance then between the outside and the inside of the intake duct 7, the ball comes to rest on its seat to block the opening and the separation phenomenon can again take place.
  • This pressure balancing process is also carried out when the assembly is initially lowered and the intake duct 7 is empty of any fluid. In this state the pump is not yet running and when pressure balancing is completed, the pump is commissioned.
  • This pressure difference implies a force against the shutter 35, which moves away from its seat 37 and allows the entry of the fluid / gas mixture directly through the lower end of the assembly.
  • the pump is therefore constantly supplied with fluid.
  • the intake duct 7 has a length L of practically 60 meters and the intermediate production tube 6 has a length of 45 approximately meters, the pump and a fluid reservoir then having a length 1 of 15 meters.
  • the separation conduit 8 has a length of 1 meter.
  • the length of the intake duct 7 can be adapted in the case of a different well orientation, so as to constantly achieve a pressure difference of a few bars between the intake level of the pump 3 and the level of the orifices. 9 of the separation duct.
  • the present invention is particularly applicable in the case of highly deviated wells which can approach substantially the horizontal. However, it finds the same applications in the case of vertical wells.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif de séparation d'un mélange de gaz et de liquide, ce mélange pouvant notamment être constitué par des hydrocarbures, à l'admission d'une pompe reliée à une extrémité 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 forés vers le réservoir de la formation géologique, des systèmes de pompage destinés à faire remonter l'huile vers la surface. Pour cette opération, on descend dans le puits foré une colonne tubulaire servant de conduit pour produire les hydrocarbures au bout de laquelle est disposée une pompe.
  • Les pompes utilisées peuvent être de différents types : pompes à piston, pompes centrifuges, pompes hydrauliques, pompes à balancier, pompes volumétriques rotatives (commercialement appelées "Pompe MOINEAU").
  • Si de telles pompes fonctionnent avec satisfaction quand le fluide pompé est composé en majorité de liquide, des problèmes apparaissent et se développent lorsqu'un volume de gaz libre est mélangé au fluide de production. En effet, si la pression d'admission d'un fluide à une pompe est inférieur à la pression de bulle au-dessus de laquelle tout le gaz est dissous dans l'huile, les pompes admettent du gaz libre mélangé au fluide de production.
  • L'art antérieur illustré par les brevets GB 983,644 et US 2,969,742 a résolu ce problème en utilisant un dispositif de séparation gaz/liquide monté autour de la pompe pour limiter au maximum la présence 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 inférieure et pourvu d'orifices d'admission à sa partie supérieure de manière 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 le pompe.
  • Toutefois, un tel assemblage présente un inconvénient 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 durée de vie des pompes volumétriques de type "MOINEAU" dans lesquelles le gaz introduit a tendance à filtrer dans l'élastomère du stator et donc à déformer les engrenages hélicoïdaux intérieurs de la pompe. Dans les autres types de pompes, l'usure s'amplifie par les risques de blocage de la pompe.
  • Le document US-A-2,267,459 décrit une amélioration apportée à une pompe de type pompe Moineau utilisée dans des puits profonds pour éviter lorsqu'on arrête son fonctionnement son blocage par des sédiments.
  • Pour cela, on adjoint à la pompe un filtre ou crépine du niveau de son extrémité inférieure. La présence de ce filtre implique un entretien fréquent.
  • Dans ces conditions il en résulte un faible rendement de pompage si l'on rapporte le débit mesuré du réservoir au débit théorique de la pompe et une accélération du fonctionnement de la pompe se répercutant sur l'accroissement de la vitesse de rotation pour les pompes à piston.
  • La présente invention vise à pallier les inconvénients précités en évitant de manière simple et pratique le fonctionnement à sec des pompes.
  • La présente invention a pour objet 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 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, ladite extrémité basse comportant au moins un clapet et une extrémité haute comportant des orifices d'introduction de fluide, ladite pompe étant placée à l'intérieur dudit dispositif d'admission, à proximité de son extrémité basse. Il est caractérisé en ce que le dispositif d'admission comporte un tube cylindrique et que le dispositif formant au moins un clapet (21, 22) est placé sur les parois cylindriques dudit dispositif d'admission.
  • Le dispositif d'admission pourra comporter un conduit d'admission entourant coaxialement le tube intermédiaire de production et la pompe, le conduit d'admission étant prolongé par un conduit de séparation muni circonférentiellement d'orifices et maintenu autour de ladite colonne tubulaire par une pièce de fixation.
  • Le tube intermédiaire 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 sollicité par des moyens élastiques en blocage d'une ouverture d'introduction de fluide dans le conduit d'admission.
  • Les moyens élastiques pourront posséder 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.
  • Le conduit d'admission et le conduit de séparation pourront être maintenus dans le puits foré par des stabilisateurs.
  • La longueur du dispositif d'admission du fluide pourra être 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.
  • La présente invention s'applique à une installation de pompage dans un puits foré comportant un dispositif de séparation, comporte une zone basse dont l'orientation varie de la verticale à une forte inclinaison.
  • On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 représente une coupe d'un puits foré à zone basse fortement inclinée.
    • les figures 2 et 3 représentent des dispositifs de séparation gaz/liquide associé à une pompe à l'extrémité d'une colonne tubulaire comportant respectivement deux variantes différentes de dispositif d'obturation.
  • La figure 1 représente un puits foré 1 dans lequel est introduite une pompe 3 placée dans une position active au fond du puits par un conduit ou colonne tubulaire 2. Le puits foré comporte près de sa surface une zone pratiquement verticale prolongée vers le bas par une partie déviée pour devenir, en partie basse, fortement inclinée dans une zone à forte teneur de fluide prélevable. La présente invention s'applique tout particulièrement dans le cas des puits fortement déviés, mais elle conserve également tous ses avantages dans le cas de puits verticaux.
  • La pompe 3 fixée à l'extrémité 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 intérieurement au conduit un ensemble de tiges d'entrainement 30 mises bout à bout dont la rotation est commandée par une tête d'entrainement 23 reliée à un moteur 24 pouvant être d'un type communément utilisé 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 être évacué vers les conduites de stockage 27. Des vannes 25 régulent en surface la distribution du fluide pompé.
  • La pompe 3 est introduite à l'extrémité de la colonne tubulaire 2 dans un dispositif de séparation 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 à clapet.
  • La constitution de ce dispositif de séparation est clairement visible en référence à la figure 2.
  • L'extrémité basse de la colonne tubulaire 2 au fond du puits est accolée sur sa circonférence à une extrémité d'un tube intermédiaire de production 6. L'autre extrémité de ce tube intermédiaire est reliée 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 présente invention s'appliqueraient de manière 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 élastomère ou pièce active du stator réalisant intérieurement un engrenage hélicoïdal.
  • Un ensemble de tiges 30 mises bout à bout est disposé à l'intérieur 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 commandé en surface. Ce rotor 5 comporte sur sa surface un engrenage hélicoïdal associé du stator 4.
  • L'ensemble pompe/tube intermédiaire de production est introduit dans un conduit d'admission 7, réalisé sous la forme d'un tuyau tubulaire ouvert à ses deux extrémités. Une première extrémité est prolongée par un conduit de séparation 8 constitué d'une crépine tubulaire munie d'orifices 9 d'introduction du fluide à l'intérieur du conduit 7.
  • Le conduit de séparation 8 et le conduit d'admission 7 sont reliés l'un à l'autre par une bague circulaire 15.
  • Le conduit de séparation 8 est maintenu fixe autour du tube intermédiaire de production par un organe de liaison 16, cet organe comportant une zone intérieure filetée dans laquelle vient se visser l'extrémité supérieure du conduit de séparation 8.
  • Cet organe 16 assure également le maintien coaxial et la mise bout à bout de la colonne tubulaire 2 et du tube intermédiaire de production 6.
  • De manière à maintenir la pompe 3 et le tube intermédiaire 6 coaxiaux au conduit d'admission dans son axe, on place autour de ces éléments 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 être aussi utilisés, par exemple des centreurs en caoutchouc. Ces centreurs ont également l'avantage de limiter les mouvement d'oscillation de la pompe suivant une section du puits.
  • On place également des stabilisateurs 11 du type précité autour du conduit d'admission 7 pour placer l'ensemble dans l'axe du puits.
  • Selon l'invention, l'extrémité inférieure du conduit d'admission est munie d'un dispositif d'obturation 31 comportant une pièce 20 réalisant une fermeture dans laquelle est ménagé un clapet. Ce clapet se compose d'une bille 21 constamment sollicitée en blocage d'une ouverture d'introduction 23 de fluide par des moyens élastiques, tels que, par exemple, un ressort hélicoîdal 22.
  • L'exemple décrit aux figures 1 et 2 divulgue l'utilisation d'un clapet placé à l'extrémité du conduit d'admission sensiblement dans l'axe de la pompe. Selon ce mode de réalisation, il existe un risque d'accumulation de sédiments au-dessus de l'orifice 42 qui peuvent colmater ce dernier et entraver le fonctionnement du dispositif d'obturation 31.
  • Le mode de réalisation de la figure 3 évite ce risque. Le dispositif selon ce mode de réalisation comporte un ou plusieurs clapets disposés circonférenciellement sur les parois latérales ou cylindriques de l'extrémité basse du conduit d'admission, la condition requise étant d'être en dessous du niveau d'admission de la pompe.
  • Le système d'obturation 32 représenté à la figure 3, comporte deux dispositifs d'obturation 33 et 34 positionnés sous la pompe 3 et orientés dans des directions diamétrallement 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 étant identiques, un seul sera décrit.
  • 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 extrémité inférieure.
  • L'obturateur 35 est guidé 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 hélicoïdal entourant la tige 38, applique l'obturateur 35 sur son siège 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'intérieur du conduit d'admission 7 et allant vers l'espace annulaire 41 défini par les parois du puits et la surface externe du conduit d'admission 7.
  • Le principe de séparation du gaz libre du liquide est réalisé de la manière suivante, en se référant à la figure 2.
  • Le mélange gaz/liquide remonte dans le puits et rencontre le dispositif d'obturation qui maintient la bille en blocage de l'ouverture 23. Le mélange progresse latéralement autour du conduit d'admission 7 jusqu'au conduit de séparation 8. L'ensemble de pompage a été descendu dans le puits, de manière à ce que le niveau dynamique du mélange (représentée par la ligne A sur la figure 1) se trouve sensiblement au dessus du conduit de séparation.
  • Les orifices disposés régulièrement autour du conduit de séparation 8 permettent l'introduction du fluide dans le conduit d'admission. Lorsque le fluide est entrainé au fond du conduit d'admission, un phénomène de dégazage se produit au niveau de la surface de mélange; 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 séparation. En effet, si le niveau est moins élevé, (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'intérieur du conduit créant une différence de niveau d. Cette différence de niveau génère une différence de pression qui vient compenser l'effet du ressort contre la bille d'obturation 23.
  • Cette différence de pression implique une force contre la bille qui s'écarte de son siège et permet l'entrée du mélange fluide/gaz directement par l'extrémité basse de l'ensemble. La pompe est donc alors constamment alimentée en fluide. Il ne reste plus alors ensuite qu'à opérer sur les conduits de fonctionnement, ou réduire 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'équilibrent 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 phénomène de séparation peut à nouveau s'opérer.
  • Ce processus d'équilibrage des pressions s'effectue également lorsqu'on descend initialement l'ensemble et que le conduit d'admission 7 est vide de tout fluide. Dans cet état la pompe ne fonctionne pas encore et lorsque l'équilibrage des pressions est réalisé, on commande la mise en service de la pompe.
  • Le choix du ressort hélicoïdal sera donc effectué de manière à ce que l'ouverture du clapet soit réalisée lorsque le niveau du fluide dans le conduit d'admission 7 se trouvera à mi-niveau entre la pompe et le conduit de séparation (représenté par la ligne C).
  • Dans le cas où le dispositif est équipé 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 variante près du fonctionnement du dispositif d'obturation, dont les principales étapes sont données 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 à l'intérieur du conduit créant une différence 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 différence de pression implique une force contre l'obturateur 35, qui s'écarte de son siège 37 et permet l'entrée du mélange fluide/gaz directement par l'extrémité 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.
  • Il ne reste plus alors ensuite qu'à opérer sur les conduits de fonctionnement, ou réduire 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'équilibrent alors entre l'extérieur et l'intérieur du conduit d'admission 7, l'obturateur 5 revient en appui sur son siège 37 pour bloquer l'ouverture et le phénomène de séparation peut à nouveau s'opérer.
  • Tout ce qui a été dit précédemment pour le dispositif d'obturation décrit dans la figure 2 en ce qui concerne le processus d'équilibrage et le choix du ressort hélicoïdal reste valable pour le dispositif décrit dans la figure 3.
  • Dans un mode de réalisation préféré cas d'une orientation de puits à 70o, tel que représentée 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 mètres environ, la pompe ainsi qu'un réservoir de fluide possédant alors une longueur 1 de 15 mètres.
  • Le conduit de séparation 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 différente, de manière à réaliser constamment une différence 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 présente invention s'applique tout particulièrement dans le cas des puits fortement déviés pouvant se rapprocher sensiblement de l'horizontale. Elle trouve cependant les mêmes applications dans le cas des puits verticaux.

Claims (8)

  1. Dispositif de séparation d'un mélange de gaz libre et de liquide à l'admission d'une pompe (3) reliée à une extrémité basse d'une colonne tubulaire (2) au fond d'un puits foré, la pompe (3) étant reliée à la colonne tubulaire (2) par un tube intermédiaire de production (6) et étant introduite dans un dispositif d'admission de fluide (7, 8) dont une extrémité basse est obturée, ladite extrémité basse comportant au moins un clapet, et une extrémité haute comportant des orifices (9) 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 un tube cylindrique et que ledit dispositif formant au moins un clapet (21, 22) est placé sur les parois cylindriques dudit dispositif d'admission.
  2. Dispositif de séparation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'admission comporte un conduit d'admission (7) entourant coaxialement le tube intermédiaire de production (6) et la pompe (3), ledit conduit d'admission étant prolongé par un conduit de séparation (8) muni circonférentiellement d'orifices (9) et maintenu autour de ladite colonne tubulaire (2) par une pièce de fixation (16).
  3. Dispositif de séparation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube intermédiaire de production (16) et la pompe (3) sont maintenus coaxialement au conduit d'admission par des centreurs (10).
  4. 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 (21), constamment sollicité par des moyens élastiques (22) en blocage d'une ouverture d'introduction (23) de fluide dans le conduit d'admission.
  5. Dispositif de séparation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens élastiques (22) 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.
  6. Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit d'admission (7) et le conduit de séparation (8) sont maintenus dans le puits foré par des stabilisateurs (11).
  7. Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la longueur du dispositif d'admission (7, 8) du fluide est choisie de manière à développer une différence de pression de quelques bars entre le niveau d'admission de la pompe (3) et le niveau des orifices (9) d'introduction du fluide dans ledit dispositif.
  8. Installation de pompage dans un puits foré comportant un dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit puits comporte une zone basse dont l'orientation varie de la verticale à une forte inclinaison.
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